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Université Mohamed Khider de Biskra

Faculté des Sciences et de la Technologie

Département de Génie Civil et d’Hydraulique

Sciences et Technologies Hydraulique

Hydraulique Urbaine

Réf. : HU 15/2019

Présenté et soutenu par :

BENRAYA FATNA

Le : samedi 6 juillet 2019

Adoucissement des eaux de la région de

Biskra par précipitation chimique

Jury :

Mme. MIMECHE Leila Dr Université de Biskra Président

Mlle. GUERGAZI Saadia Pr Université de Biskra Examinateur

Mme. YOUCEF Leila Pr Université de Biskra Rapporteur

Année universitaire : 2018 - 2019

MÉMOIRE DE MASTER

Remerciements

Je tiens à exprimer ma profonde gratitude avant tout à dieu qui ma aidé et donné le

courage pour mener à bien ce modeste travail.

Je remercie mon encadreur Madame YOUCEF Leila, professeur à l’université de

Biskra, département de génie civil et d’hydraulique, pour la qualité de son

encadrement de, son orientation méthodologique et pour les efforts qu'elle a fournis et

ses conseils.

Mes sincères remerciements au Pr : GUERGAZI Saadia, enseignante à l’université de

Biskra, département de génie civil et d’hydraulique, directrice du laboratoire de

recherche en hydraulique de surface et souterraine (LARHYSS) à l’université de

Biskra, pour la confiance qu'elle m’a donné en m’accueillant au sein de son

laboratoire.

Mes sincères remerciements vont aux membres de jury qui ont acceptéde juger

objectivement mon travail

Je remercie Monsieur KHELIFA amine, ingénieur du laboratoire pédagogique du

département de génie civil et d’hydraulique, de laboratoire et particulièrement, pour

son aide et son entière disponibilité.

Je tiens aussi à exprimer toutes mes gratitudes et mes remerciements à tous les

enseignants de département de génie civil et d’hydraulique de l'Université de Biskra.

Un grand merci encore est adressé a tous ceux qui d'une façon ou autre m'ont fait part

de leurs aide, m'ont encouragé et participé de prés ou de loin a la réalisation de ce

travail.

A toutes les personnes qui n'ont pas hésité un seul instant à m'encourager même

avec un sourire je vous remercie de tout mon cœur.

Remerciements

Je tiens à exprimer ma profonde gratitude avant tout à dieu qui ma aidé et donné le courage

pour mener à bien ce modeste travail.

Je remercie mon encadreur Madame YOUCEF Leila, professeur à l’université de Biskra,

département de génie civil et d’hydraulique, pour la qualité de son encadrement de, son

orientation méthodologique et pour les efforts qu'elle a fournis et ses conseils.

Mes sincères remerciements au Pr : GUERGAZI Saadia, enseignante à l’université de Biskra,

département de génie civil et d’hydraulique, directrice du laboratoire de recherche en

hydraulique de surface et souterraine (LARHYSS) à l’université de Biskra, pour la confiance

qu'elle m’a donné en m’accueillant au sein de son laboratoire.

Mes sincères remerciements vont aux membres de jury qui ont acceptéde juger objectivement

mon travail

Je remercie Monsieur KHELIFA amine, ingénieur du laboratoire pédagogique du département

de génie civil et d’hydraulique, de laboratoire et particulièrement, pour son aide et son entière

disponibilité.

Je tiens aussi à exprimer toutes mes gratitudes et mes remerciements à tous les enseignants de

département de génie civil et d’hydraulique de l'Université de Biskra.

Un grand merci encore est adressé a tous ceux qui d'une façon ou autre m'ont fait part de leurs

aide, m'ont encouragé et participé de prés ou de loin a la réalisation de ce travail.

A toutes les personnes qui n'ont pas hésité un seul instant à m'encourager même avec un

sourire je vous remercie de tout mon cœur.

Dédicace

Je remercie Dieu tout puissant de m'avoir donné le courage pour achever ce

modeste travail que je dédie :

A mon encadreur, mon guide, mon soutien.

A mon livre dans la grande école de vie, et grand cœur rempli d'amour de

tendresse et de patience vous mes parents bien aimée.Vous été qui ont fait de

moi ce que je suis maintenant.Pour leur amour et leurs sacrifices.

A ma grand- mère et mon grand-mère à qui je suis très reconnaissant pour leur

esprit constrictif et qui représentent pour moi la source de confiance et

tendresse.

A mon très chers frère MOHAMED et ma très chers sœur RANIA et HIBA,

ABED EL FATAH.

A toute ma grande famille.

A mes formidables amis HOCINE, HOUDA, AYMEN,OMAR.

A tous les enseignants et les enseignantes qui ont participé à ma formation.

A mes collègues de ma promotion – 2019.

Résumé

Une dureté élevée de l’eau distribuée engendre des problèmes de biofilms, de colmatage de

conduites d'eau, tuyauteries et matériels domestiques (chaudières, machines à laver, fers à

repasser…) et lavent un peu moins bien les textiles (car moussant moins). L’objectif de cette étude a été de tester un traitement qui mène à réduire la dureté des eaux

souterraines de la région de Biskra, afin de donner une solution adéquate qui tient en compte

l’aspect économique et l'absence de ces effets néfastes. Le procédé choisi est l’adoucissement par précipitation chimique à la chaux et par utilisation

du carbonate de sodium.

Le suivi de l’évolution des paramètres de qualité physico-chimique après traitement par

chaque réactif a permis de montrer que les doses de chaux ou du carbonate de sodium

nécessaires pour atteindre une valeur résiduelle minimale de la dureté sont assez importantes.

La dureté de l’eau ainsi que ces paramètres ont subi une diminution. L’augmentation du pH pour les trois eaux nécessitera une neutralisation ultérieure par l’ajout du CO2.

Pour les eaux de cette région, il serait préférable de combiner l’utilisation de la chaux et du carbonate de sodium pour éliminer à la fois la dureté temporaire et permanente.

Mots clés : Eaux souterraines,dureté, adoucissement, chaux, carbonate de sodium.

صـــــــالملخ

اغألاتة وانعذاخ انشنح قىاذانا،اسذاد انحىح،غألششح اذجح ع ذشكال انصالتح انعانح نها انىسعح يشاكمسثة .أقم(نزشىج ذشكم ا شسم انسىجاخ )غألفعانح أقم ف انحذذ ...( و انغالاخ،انغساالخ،)

ي أجم ذىفز حم ياسة تسكزج،انا انجىفح ف يطقح عسزقهم ي طزقح يعانجحذانهذف ي هذ انذراسح هى اخرثار أخذ ف االعرثار انجاة االقرصادي وشاب هذ اثار انضارج.

انصىدىو. انرزسة انكائثاسرخذاو انجز وتاسرخذاو كزتىاخره تىاسطح انانطزقح انخرارج ه

انجز أو كاخأ يادجيع كم عهح انعانجحتعذ نها وانكائح انفشائح انىعحوقذ أظهزخ يزاقثح ذطىر يعاز عسز انانهغاح. ذى ذخفض يعرثزجكزتىاخ انصىدىو انالسيح نهىصىل إنى انحذ اغألدى ي انقح انرثقح نهصالتح

.CO2ح ها انثالثح ذحذا الحقا تئضافذروج نانه اغألصوهذ انعاز. ذرطهة سادج

عسز اناءتانسثح نا هذ انطقح، سكى ي اغألفضم انجع ت اسرخذاو انجز وكزتىاخ انصىدىو نهرخهص ي انؤقد وانذائى.

يثا جىفح، عسز اناء، ذه انا، جز، كزتىاخ انصىدىو.الكلمات المفتاحية:

https://fr.wikipedia.org/wiki/Biofilm

Sommaire

Introduction générale………………………….………………………………… 1

Partie Bibliographique

Chapitre I: Qualité des eaux de la région de Biskra

3 3

3

3

4

4

5

5 5

6

6

6

8

9

10 10 10

11

11

14

I.1.Introduction...................................................................................................... I.2. Paramètres de qualité physico-chimique des eaux.........................................

I.2.1. Température………………………………………………………………. I.2.2. pH................................................................................................................ I.2.3. Conductivité électrique................................................................................. I.2.4. Dureté totale..................................................................................................

I.2.5. Alcalinité………………………………………………………………..…. I.2.6. Potassium………………………………………………………….……….

I.2.7. Sodium……………………………………………………………..………

I.2.8. Chlorures……………………………………………………………………

I.2.9. Sulfates………………………………………………………………..……

I.3. Normes de potabilité et classification des eaux………………………..…….

I.4. Ressources en eau dans la région de Biskra………………………….............

I.4.1. Etat de connaissance sur les ressources en eaux souterraines……… ……. a)Nappes superficielles…………………………………………………………. b)Nappe des sables…………………………………………………………. ……

c)Nappe des calcaires……………………………………………………………. d)La nappe albienne...............................................................................................

I.5. Qualité physico-chimique des eaux souterraines de la région de Biskra

I.6. Conclusion……………………………………………………………………

et les ouvrages hydrauliques et édes eaux dures sur la sant Impact Chapitre II:

d'adoucissement. sédéproc

15 II .1 Introduction……………………………………………………….….…… 15 II.2 Dureté de l'eau…………………………………………………..…….…… 15 II.2.1 Définition………………………………………………………………… 16 II.2.2 Types de la dureté………………………………………………………... 16 a. Dureté carbonatée ou temporaire (TH(temp))…………………………...…… 16 b. Dureté non carbonatée ou permanente (THp)...................................................

16 II.2.3Conséquences de la dureté…………………………………………...…… 17 II.2.3.1 Impacte de la dureté sur la santé……………………………………….. 17 II.2.3.2 Impact de la dureté sur les utilisations domestiques…………………… 18 II.2.3.3 Formation de tartre…………………………………………….……… 18 II.2.3.4 Paramètres de l’entartage………………………………………………. 18 II.2.3.5Conséquences de l'entartage……………………………………………..

Partie expérimentale

Chapitre I: Méthodes et Matériels

I.1. Introduction……………………………………………………………...…. 31

I.2. Préparation des solutions………………………………………………….. 31

I.2.1. Solutions mères de la chaux………………………………………….….. 31

I.2.2. Solution mère de carbonate de sodium…………………………….…….. 31

I.3. Caractéristiques physico-chimique des eaux traitée…………………..…… 31

I.4. Dosage des paramètres de la qualité physico-chimique de l’eau………….. 32

I.4.1. pH…………………………………………………………………..……. 32

I.4.2. Conductivité…………………………………………………….……….. 32

I.4.3. Titre alcalimétrique complet (T.A.C)………………………….………… 33

I.4.4. Titre hydrométrique (TH)……………………………………………….. 33

I.4.5. Dosage du calcium (Ca2+

)………………………………………….…….. 33

I.4.6. Mesure du Magnésium (Mg2+

)……………………………………...…… 34

Dosage des chlorures (Cl-)……………………………………………….. I.4.1 34

Dosage du sodium (Na+) et potassium (K

+)…………………………..… I.4.8. Dosage des ions sulfates ( SO4

2- )............................................................ I.4.9.

34

35

I.5. Description des essais d’adoucissement……………………………..……. 35

I.5.1. Caractéristiques de l’adsorbant utilisé……………………………...…… 35

I.5.2. Essais d’adoucissement……………………………………………..…… 36

I.5.3. Essais de la détermination du volume des boues……………………..… 37

I.6. Conclusion…………………………………………………………….…… 37

18 a)Conséquences hydrauliques………………………………………… 19 b) Conséquences bactériologiques……………………………………… 19 c) Conséquences technologiques……………………………………… 20 II.2.4 Normes de potabilité vis-à-vis de la dureté de l’eau……………… 20 II.3 Procèdes d'adoucissement des eaux……………………………… 21 II.3.1 Echange ionique………………………………………………….. 21 a)Les résines d’adoucissement………………………………………….. 22 b)Les résines d’adoucissement…………………………………………. 22 II.3.1.1 Adoucisseur d’eau à l’échelle industriel………………………..

23

II.3.1.2 Avantages et inconvénients de l’utilisation d’une eau adoucie par résine……………………………………………………………………………

23 II.3.2 Osmose inverse……………………………………………………...…… 23 II.3.2.1Osmose inverse…………………………………………………………. 23 II.3.2.2 Principe de l'osmose inverse…………………………………………… 25 II.3.3 Adoucisseur d' eau au CO2………………………………………………. 26 II.3.4 Précipitation chimique………………………………………………….... 26 II.3.4.1 Utilisation de la soude caustique (NaOH)……………………………………... 26 II.3.4.2 Utilisation de la chaux…………………………………………………... 27 II 3.4.2.1 Procédé par addition de chaux seulement……………………………. 28 II.3.4.2.2 Procédé par addition d’un excès de chaux…………………………… 29 II.3.4.4 Utilisation du carbonate de sodium…………………………………… 30 II.4.Conclusion…………………………………………………………………..

ltats des essais d'adoucissementRésu hapitre IV: C

38 II.1 Introduction………………………………………………………………... 38 II.2 Résultats et discussion…………………………………………………… 38 II.2.1 Caractérisation des eaux traitées………………………………………… 39 II.2.2 Diagramme à barre des eaux brutes……………………………………... 41 II.2.3 Essais d’adoucissement par précipitation chimique à la chaux…………..

41 II.2.3.1 Calcul des doses théoriques de la chaux nécessaire pour

l’adoucissement……………………………………………………………….. 41 II.2.3.1.1 Procédé par addition de la chaux seulement………………………… 43 II.2.3.1.2 Traitement avec un excès de chaux…………………………………..

45 II.2.3.2 Résultats et discussion des essais expérimentaux d’adoucissement par précipitation chimique à la chaux……………………………………………….

49 II .2.4 Essais d’adoucissement par Na2CO3………………………………… 49 II .2.4.1 Détermination de la dose Théorique de Na2CO 49 II.2.4.2 Résultats et discussion des essais expérimentaux……………………

52 II.2.5 Comparaison entre les deux procédés d’adoucissement………………… 52 II.2.5. Dose des réactifs et qualité des eaux…………………………………… 54 II.2.5.2 Volume des boues produites…………………………………………… 55 II.3 Conclusion……………………………………………………………….

Conclusion générale………………....……………………………………………… 56

Références bibliographiques………………………….……………………………...58

Annexe 1……………………………………………………………………………….62

Annexe 2……………………………………………………………………………….68

Liste des figures

Figure 1: Localisation de la wilaya de Biskra Algérie…………………………... 8

Figure 2: Volume soutiré de la wilaya de Biskra par secteur……………………... 9

Figure 3: Diagramme de Piper pour les eaux de la nappe du Moi-pliocène de la

commune de Biskra…………………………………………………………………

13

Figure4: Entartrage des appareils et des canalisation d’eau……………………….. 17

Figure 5: Résines utilisées dans le domaine de l’adoucissement des eaux………… 20

Figure 6: Schématisation du principe d’adoucissement d’une eau par utilisation des

résines…………………………………………………………………………

21

Figure 7: Schématisation du principe d’adoucissement d’une eau par utilisation

des résines…………………………………………………………………………

21

Figure 8: Résines échangeuses d’ions utilisées dans l’adoucissement des eaux……. 22

Figure 9: Evolution de la dureté totale (TH) de l’eau avant et après chaque étape de

traitement…………………………………………………………………………

24

Figure 10: Principe de l’osmose et de l’osmose inverse………………………..... 25

Figure 11: Principe de fonctionnement du système d’adoucissement par

précipitation à la chaux………………………………………………………………

27

Figure 12: Etapes de déroulement du procédé par addition de chaux seulement...

28

Figure 13: Etapes de déroulement du procédé par addition d'un excès de

chaux………………………………………………………………………………...

29

Figure14: Solution mère de chaux sous agitation…………………………… 31

Figure 15: pH mètre utilisé au cours des essais…………………………………. 32

Figure16: Conductimètre utilisé pour la mesure de la conductivité des échantillons

d’eau…………………………………………………………………………………

33

Figure 17: Détermination du TH par complexométrie à l’EDTA………………… 33

Figure 18: Dosage du calcium par complexation à l’EDTA……………………… 34

Figure 19: Détermination de la concentration des chlorures (Cl-……………………

34

Figure 20: Spectrophotomètre à flamme utilisé pour le dosage du sodium et du

potassium…………………………………………………………………………….

35

Figure 21: Palint est utilisé pour le dosage des sulfates………………………… 35

Figure 22: Essais d’adoucissement ………………………………………………….

36

Figure 23: Essais de détermination du volume des boues…………………………..

37

Figure24: Evolution des paramètres de qualité de l’eau en fonction de la dose de chaux introduite……………………………………………………………………..

46

Figure25 : Comparaison entre la dose théorique de chaux et la dose expérimentale

nécessaire pour l’adoucissement de chaque eau…………………………………….

48

Figure 26: Evolution des paramètres de qualité de l’eau en fonction de la dose de carbonate de sodium introduite…………………………………………………..

50

Figure 27: Comparaison entre la dose théorique de Na2CO3 et la dose

expérimentale nécessaire pour l’adoucissement de chaque eau…………………….

52

Figure 28: Comparaison entre les doses des réactifs utilisés pour le traitement... 53

Liste des figures

Figure 1: Localisation de la wilaya de Biskra Algérie…………………………... 8

Figure 2: Volume soutiré de la wilaya de Biskra par secteur……………………... 9

Figure 3: Diagramme de Piper pour les eaux de la nappe du Moi-pliocène de la

commune de Biskra…………………………………………………………………

13

Figure4: Entartrage des appareils et des canalisation d’eau……………………….. 17

Figure 5: Résines utilisées dans le domaine de l’adoucissement des eaux………… 20

Figure 6: Schématisation du principe d’adoucissement d’une eau par utilisation des

résines…………………………………………………………………………

21

Figure 7: Schématisation du principe d’adoucissement d’une eau par utilisation

des résines…………………………………………………………………………

21

Figure 8: Résines échangeuses d’ions utilisées dans l’adoucissement des eaux……. 22

Figure 9: Evolution de la dureté totale (TH) de l’eau avant et après chaque étape de

traitement…………………………………………………………………………

24

Figure 10: Principe de l’osmose et de l’osmose inverse………………………..... 25

Figure 11: Principe de fonctionnement du système d’adoucissement par

précipitation à la chaux………………………………………………………………

27

Figure 12: Etapes de déroulement du procédé par addition de chaux seulement...

28

Figure 13: Etapes de déroulement du procédé par addition d'un excès de

chaux………………………………………………………………………………...

29

Figure14: Solution mère de chaux sous agitation…………………………… 31

Figure 15: pH mètre utilisé au cours des essais…………………………………. 32

Figure16: Conductimètre utilisé pour la mesure de la conductivité des échantillons

d’eau…………………………………………………………………………………

33

Figure 17: Détermination du TH par complexométrie à l’EDTA………………… 33

Figure 18: Dosage du calcium par complexation à l’EDTA……………………… 34

Figure 19: Détermination de la concentration des chlorures (Cl-……………………

34

Figure 20: Spectrophotomètre à flamme utilisé pour le dosage du sodium et du

potassium…………………………………………………………………………….

35

Figure 21: Palint est utilisé pour le dosage des sulfates………………………… 35

Figure 22: Essais d’adoucissement ………………………………………………….

36

Figure 23: Essais de détermination du volume des boues…………………………..

37

Figure24 : Evolution des paramètres de qualité de l’eau en fonction de la dose de chaux introduite……………………………………………………………………..

46

Figure25 : Comparaison entre la dose théorique de chaux et la dose expérimentale

nécessaire pour l’adoucissement de chaque eau…………………………………….

48

Figure 26 : Evolution des paramètres de qualité de l’eau en fonction de la dose de carbonate de sodium introduite…………………………………………………..

50

Figure 27 : Comparaison entre la dose théorique de Na2CO3 et la dose

expérimentale nécessaire pour l’adoucissement de chaque eau…………………….

52

Figure 28 : Comparaison entre les doses des réactifs utilisés pour le traitement... 53

Conclusion générale

Liste des tableaux

Tableau1: Classification des eaux d’après le traitement…………………………………………………….. 4

Tableau 2: Relation entre la minéralisation de l’eau et la conductivité mesurée............... 4

Tableau 3: Paramètres de qualité de l’eau de consommation humaine…………………………….. 7

Tableau 4 : Classification de l’eau en fonction de la valeur de la dureté totale TH (°F)... 7

Tableau 5 : Données physico – chimiques de quelques points d'eau de la région de

Biskra……………………………………………………………………………………….

11

Tableau 6: Dureté des eaux de la région d’étude………………………………………………………………... 12

Tableau7: Les différents paramètres d’analyses physico-chimiques des eaux de forages

de la nappe du Moi-pliocène de la région de Biskra…………………………………………………………...

13

Tableau 8: Valeurs limites des paramètres de la dureté de l’eau………………………………………. 19

Tableau 9: Caractéristiques physico-chimiques des eaux traitées……………………………………… 32

Tableau 10: Caractéristiques des produits utilisés pour les essais d’adoucissement…….. 36

Tableau 11 : Caractéristiques physico-chimiques des eaux traitées…………………………………. 39

Tableau 12 : Conversion de la concentration des éléments mesurés en mg de CaCO3/L

pour chaque eau testée…………………………………………………………………….

40

Tableau 13 : Résultats optima des essais expérimentaux d’adoucissement des eaux par précipitation à la chaux (B : eau brute ; T : eau traitée)……………………………………………………….

47

Tableau 14: Résultats d'adoucissement des eaux de Touggourt à la chaux

Ca(OH)2…………………………………………………………………………………………...........................

48

Tableau 15 : Résultats optima des essais expérimentaux d’adoucissement des eaux par précipitation au carbonate de sodium (B : eau brute ; T : eau traitée)………………………………..

51

Tableau 16: Comparaison entre les paramètres de qualité avant et après traitement……… 54

Tableau17 : Comparaison entre les boues produites par les deux traitements………………… 54

Liste des abréviations

TH(temp) : La Dureté Temporaire.

THp: La Dureté Permanente.

THca:La Dureté Calcique.

CaSO4:Sulfate de Calcium.

NaSO4: Sulfate de Sodium.

Ca(HCO3) : Bicarbonate de Calcium.

Mg(CO3) : Carbonate de Magnesium.

H2SO4: Sulfated'Hydrogene.

CI: Continentale Intercalaire.

CT: Complexe Terminal.

ABHS: Agence de Bassin Hydrographique

de Sahara.

ANRH: Agence Nationale des Ressources

Hydriques.

ANAT: Agence Nationald'Aménagement

de Territoire.

CDTN: Centre de Développement des

Techniques Nucléaires.

ERESS: Etude des Ressources en Eau du

Sahara Septentrional.

JORA: Journal Officiel de la République

Algérienne.

DPAT: Direction de Planification et

d'Aménagement de Territoire.

Ca2+

: Calcium.

Mg2+

: Magnesium.

Na+: Sodium.

K+: Potassium.

SO42-

: Sulfate.

Cl-:Chlorure.

HCO3-: Bicarbonate.

OH-: Hydroxyde.

pH: Potentiel Hydrogène.

TAC: Titre Alcalimétrique Complet.

TA: TitreAlcalimitrique.

TH: Titre Hydrométrique (dureté total).

F: Degré Français.°

CO32-

: Carbonate.

T°: Température.

AEP: Alimentationen Eau Potable.

CE: Conductivité Electrique.

Ca(OH)2: La Chaux.

Na2CO3: Carbonatede Sodium.

OMS: Organisation Mondiale de la Santé.

C.E.E: Communauté Economique

Européen.

CaCO3: Carbonate de Calcium.

CO2: Dioxyde de Carbone.

Mg(OH)2: L'Hydroxyde de Magnésium

Introduction générale


1


Dans la ville de Biskra, l’alimentation en eau potable des habitants et l’irrigation des

cultures reposent sur l’exploitation des eaux souterraines des aquifères du Sahara

Septentrional. L’un des enjeux majeurs pour la durabilité de l’utilisation de cette ressource est

la qualité des eaux de certains aquifères (Phréatique et Miopliocène). Ces dernières sont

fortement minéralisées (entre 2 et 3 g∙L-1de sel dissous) (Bouchahm, 2016).

Les eaux de ces nappes se caractérisent par une dureté excessive due principalement

aux taux élevés en calcium et magnésium, ainsi que par de fortes teneurs en chlorures, sulfates

et sodium (Bouchemal, 2017 ; Kheliel et al, 2018).

Cependant, une dureté élevée de l’eau distribuée engendre des problèmes d’ordre pratique à

l’utilisateur, entartrage des circuits d’eaux chaudes et des canalisations, surconsommation des

produits détergents et surdimmentionnement des installations de déminéralisation (Desjardin,

1997 ; Mange, 2008).

On peut réduire la dureté d’une eau par utilisation des résines échangeuses d’ions, les

procédés membranaires et en favorisant la précipitation des ions calcium et des ions

magnésium en utilisant la chaux, le carbonate de sodium ou par combinaison entre la chaux et

le carbonate de sodium (Degrèment, 1989 ; Desjardin, 1997 ; Mange, 2008).

Face à ce problème, nous nous sommes intéressés à tester un traitement qui nous mène

à réduire la dureté des eaux souterraines de la région de Biskra, afin de donner une solution

adéquate qui tient en compte l’aspect économique et des effets néfastes.

Le procédé choisi est l’adoucissement par précipitation chimique à la chaux et par utilisation


Notre travail sera présenté en deux parties:

Une partie bibliographique comporte deux chapitres. Commençant par la présentation

d’une synthèse bibliographique sur la qualité des eaux souterraines de la région de Biskra,

et plus particulièrement sur le problème de l’excès de la dureté dans les eaux des nappes

les plus exploitées. Une idée générale sera exposée sur la dureté des eaux, ses

conséquences et les procédés d’adoucissement des eaux à l’échelle industriel.


2

Une partie expérimentale, qui sera débutée par une présentation de la méthodologie mise

en œuvre pour la réalisation des essais d’adoucissement. En commençant par une

description des caractéristiques des solutions et des réactifs utilisés ainsi que les méthodes

de dosage de différents paramètres physico-chimiques. Dans le deuxième chapitre, une

présentation des résultats d’analyses et une discussion seront faites.

Chapitre I:

Qualité physico-chimique des eaux de

la région de Biskra

Partie Bibliographique

Partie bibliographique Chapitre I : Qualité physico-chimique des eaux de la région de Biskra

2

1.1Introduction

Le principal objectif de ce chapitre est de donner un aperçu sur la qualité physico-chimique

des eaux souterraines de la région de Biskra. Grâce à une synthèse bibliographique donnant

une idée de la nature des eaux de la région orientale, aussi bien les eaux destinées à

l’alimentation en eau potable que les eaux d’irrigation. Nous allons particulièrement attardés

sur l’excès de la dureté dans les eaux de nappes les plus exploitées. Et avant d’entamer ce

problème, nous allons présenter quelques notions générales sur les paramètres physico-

chimiques nécessaires pour la classification d’une eau naturelle.

I .2 Paramètres de qualité physico-chimique des eaux

Lors de l’analyse d’une eau en vue de la détermination de sa qualité physico-chimique on doit

tenir compte de tout élément physique ou chimique constitutif de la structure naturelle d'une

eau. Parmi ces paramètres on définit quelques paramètres qui nous ont utiles pour notre étude

expérimentale.

I .2.1 Température

La température est un facteur important dans l’environnement aquatique du fait qu’elle régit

la presque totalité des réactions physiques, chimiques et biologiques (Chapman et al, 1996).

Certes, toute variation brusque de ce paramètre entraine une perturbation dans l'équilibre de

l'écosystème aquatique.

I.2.2 pH

C’est un facteur de mesure la concentration des ions H+, il renseigne sur son acidité et

alcalinité. Il influence la plus part des mécanismes chimiques et biologiques des eaux.

Le PH d'une eau naturelle dépend de l'origine de celle-ci et de la nature des terrains traverses.

Selon la valeur du pH, ce paramètre joue un rôle important dans :

Les propriétés physico-chimiques (acidité, alcalinité) (Tableau 1).

Les procéssus biologiques.

L’efficacité de certains procédés de traitements comme la coagulation,

l’adoucissement et la chloration (Ronalad, 2003 ; Rodier, 1996).


3

Tableau1: Classification des eaux d’après leur pH (Rodier, 1996).

pH < 5 Acidité forte →présence d’acides minéraux ou

organiques dans les eaux naturelles.

pH =7 pH neutre

7< pH<8 Neutralité approchée → majorité des eaux de surface

5,5< pH<8 Majorité des eaux souterraines

pH =8 Alcalinité forte, évaporation intense

I.2.3 Conductivité électrique

La conductivité électrique désigne la capacité de l'eau à conduire un courant électrique et elle

est déterminée par la teneur en substances dissoutes, la charge ionique, la capacité

d'ionisation, la mobilité et la température de l'eau. Par conséquent elle renseigne sur le degré

de minéralisation d'une eau (Nouayti et al, 2015). Le tableau 2 donne une relation entre la

conductivité et la minéralisation des eaux naturelles.

Tableau 2: Relation entre la minéralisation de l’eau et la conductivité mesurée (Rejsek,2002).

Conductivité (µS/cm) Minéralisation de l’eau

< 100 Très faible

Entre 100 et 200 Faible

Entre 200 et 333 Moyenne

Entre 333 et 666 Moyenne accentuée

Entre 666 et 1000 Importante

>1000 Elevée

I.2.4 Dureté totale (TH)

La dureté d'une eau ou son titre hydrotimétrique (TH) exprime sa concentration en sels de

calcium (Ca2+)

) et de magnésium (Mg2+

). La dureté est liée à la nature des terrains traversés

par une eau. Si l'eau présente une forte concentration de ces sels minéraux, on dit qu'elle est

dure (c'est le cas des eaux provenant des sols calcaires). A l'inverse, si cette concentration est


4

faible, l'eau est dite douce, ce qui est le cas pour les eaux qui traversent des sols granitiques

(Cardot et Gilles, 2013).

I.2.5 Alcalinité (TAC et TA)

L’alcalinité correspond en majeur partie par anions ou des espèces moléculaires d’acides

faibles, principalement l’hydroxyde, le bicarbonate et le carbonate. Le titre alcalimétrique

complet (TAC) est exprimé par les concentrations de ces éléments en quantités équivalente de

carbonate de calcium, de milliéquivalents ou en degré français.

TAC = [OH-] + [CO3

2-] + [HCO3

-] = TA + [ HCO3

-]

TA = [OH-] + [CO3

2-] (titre alcalimétrique) , Le TA = O°F Si le pH de l’eau < 8,3

L’alcalinité d’une eau représente la capacité des milieux aqueux à réagir avec les ions H3O+.

b) Elle est due à l’existence des ions mono hydrogénocarbonates (HCO3-), carbonates (CO3

2-)

et hydroxydes (OH-).

c) Elle est quantifiée par l’alcalinité composite notée AP ou par le TA (titre alcalimétrique) et

par l’alcalinité total notée AT ou par TAC (titre alcalimétrique complet).

L’alcalinité d’une eau est étroitement liée à la valeur de sa dureté (Cardot et Gilles, 2013).

I.2.6 Potassium (K+)

Le potassium est un élément indispensable à la vie et notamment à la croissance des

végétaux. La teneur en potassium est presque constante dans les eaux naturelles. Elle ne

dépasse pas habituellement 10 à 15 mg/l (Rodier et al, 2009). Les teneurs élevées en K+ dans

les eaux des nappes sont dues probablement à la dissolution des engrais potassium qui sont

utilisées par les agriculteurs.

I.2.7 Sodium (Na+)

Le sodium (Na+) est un élément qui existe naturellement dans une eau. Il existe dans la totalité

des eaux souterraines car la solubilité de ses sels est très élevée (Rodier et al, 2009). Des

quantités importantes de NaCl donnent un gout salé à l'eau (Bremond et Vuichard, 1973).

L’origine de sodium dans la nappe peut être due à la dissolution des minéraux salifères (NaCl)

et par un échange de base contre le calcium de l'eau (Shoeller, 1962).


5

I.2.8 Chlorures (Cl-)

Sont des ions inorganiques importants contenus en concentration variables dans les eaux

naturelles, généralement sous forme de sels de sodium (NaCl) et de potassium (KCl) , il sont

souvent utilisés comme un indicateur de pollution.

Les chlorures existent dans toutes les eaux à des concentrations très variables. L’origine peut

être (Nouayti et al, 2015) :

Percolation à travers des terrains sales.

infiltration des eaux marines dans les nappes phréatique et profonde.

Effet de l'activité humaine.

Industries extractives et dérivées.

I.2.9 Sulfates (SO42-

)

Les sulfates contenus naturellement dans l'eau souterraine sont fournis par la dissolution des

minéraux contiennent du soufre, comme elles peuvent être d'origine anthropique par l'usage

d'engrais ou des produits phytosanitaires, dans l'agriculture (Queneau et Hubert,

2009;Bremond et Vuichard, 1973). Sa présence dans l'eau est liée principalement à la

dissolution des formations gypsifères (Sedrati, 2009).

I.3 Normes de potabilité et classification des eaux

L’eau est un élément indispensable à la vie et l’état de santé de la population. Elle est liée à la

qualité physico-chimique et bactériologique qu’elles consomment. L’élaboration des normes

de potabilité est basée sur les études scientifiques montrant les effets nocifs sur la santé, des

éléments physico-chimiques à partir d’une certaine concentration maximale à ne pas

dépasser. Par sécurité la valeur de la norme sera largement inférieure à cette dose, afin

d’éviter le développement de pathologie, malgré le dépassement du seuil (Rejsek, 2002).

L’eau potable doit être exempte de matières en suspension, micro-organismes et produits

toxiques. Les recommandations quant aux concentrations en minéraux varient de pays à pays

avec toutefois pour la plupart des minéraux une concentration maximale afin de garantir une

eau équilibrée et agréable à boire (www.Lenntech.fr).

Les normes de qualité des eaux destinées à la consommation humaine suivant le journal

officiel de la république Algérienne qui date du 09 Mars 2014 sont présentés dans le tableau

suivant:


6

Tableau 3: Paramètres de qualité de l’eau de consommation humaine.

Valeur limite Paramètre

6,5<pH<9(JORA, 2014) pH

2800(JORA, 2014) Conductivité (µS /cm)

200(JORA, 2014) Sodium (Na+)(mg/l)

12(JORA, 2014) Potassium (K+)(mg/l)

200(JORA, 2014) Calcium (Ca2+

)(mg/l)

Non indiquée par JORA et OMS.

On adopte 50 mg/lselonCEE (1975) Magnésium (Mg2+

)(mg/l)

50(JORA, 2014) TH (°F)

500(JORA, 2014) Chlorures (Cl-)(mg/l)

400(JORA, 2014) Sulfates(SO42-

)(mg/l)

6 ,5(JORA, 2014)

Pour les eaux dessalées ou déminéralisées

(valeur minimale)

TAC (°F)

La potabilité d’une eau peut être estimée à partir des valeurs de son degré Hydrotimétrique.

Selon la norme algérienne si le TH d’une eau dépasse 50 °F elle est classée comme étant une

eau dure. D’autres législations comme le montre le tableau 4ont donné plus de détail.

Tableau 4: Classification de l’eau en fonction de la valeur de la dureté totale (TH (°F)).

(Rodier et al, 2009) (Rejsek, 2002)

TH (°F) Qualité de l’eau TH (°F) Caractère de l’eau

0-7 Eau très douce 0 - 10 Eau très douce

7-14 Eau douce 10 - 20 Eau moyennement douce

14-22 Eau moyennement

douce 20 - 30 Eau dure

22-32 Eau assez dure

>30 Eau très dure 32-54 Eau dure

> 54 Eau très dure


7

I.4 Ressources en eau dans la région de Biskra

La wilaya de Biskra est localisée au Sud-Est algérien (Figure 1) entre la région des Aurès et

les Zibans et s’étend sur une superficie de près de 2 167,20 km2(wikipidia.org).

Le climat de la région est de type saharien, caractérisé par un faible taux des précipitations,

des températures élevées, d'une évaporation importante et d'un rayonnement solaire excessif

(Sedrati, 2011).

Figure 1: Localisation de la wilaya de Biskra en Algérie (google.com).

La wilaya de Biskra comprend trois grands sous bassins, la vallée d'oued Djedid, la cuvette

d'El Outaya et la plaine de Biskra. Le potentiel total de la wilaya avoisine 2113,86 Hm3/an

dont 2042,43Hm3/an, soit 96,6% des potentialités proviennent des forages et puits (ANRH,

2010).

La quantité d'eau consacrée à la wilaya de Biskra est de 1017 millions de m3, dont 22millions

de surface, soit 2, 61% et 995 millions de m3 d'eau souterraine ce qui représente 97,84

%.(Bouchemal, 2017).

La distribution des eaux souterraines exploitées dans la région est comme suit :

771millions de m3 destinées à l'agriculture, soit 85%.

126 millions de m3 destinées à l'alimentation en eau potable, présente 14%.

10 millions de m3 destinées à l'industrie, soit 1%.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Aur%C3%A8s

https://fr.wikipedia.org/wiki/Zibans


8

Il y a deux barrages dans la wilaya dirigés spécifiquement pour l'irrigation des terres

agricoles.

Barrage Foum El Gharza qui a une capacité de stockage initiale de 47 millions de m3.

couvre les besoins de 130 000 palmiers d'une capacité annuelle régulière de 8 millions

de m 3.

Barrage Fontaines des Gazelles d'une capacité de stockage initiale de 55,5 millions de

m3, destiné à l'irrigation d'un périmètre de la commune d'El Outaya (la superficie de

périmètre est de 90 hectares) d'une capacité annuelle régulière de 14 millions de

m3(D.P.A.T, 2014).

I.4.1 Etat de connaissance sur les ressources en eaux souterraines

La wilaya de Biskra présente des ressources en eau souterraines très importantes, représentées

par les nappes des deux systèmes aquifères du Sahara septentrional, le complexe terminal

(CT) et le continental intercalaire (CI) (ERESS, 1972).

Ces ressources sont présentées par quatre unités aquifères (Haddoud, 2013) :

Nappe phréatique du Quaternaire.

Nappe des sables du Moi-pliocène.

Nappe des calcaires de l'Eocène inferieur et du Sénonien.

Nappe des grés du continental Intercalaire.

Les eaux souterraines représentent l'unique ressource en eau potable dans toute la région de

Biskra. La mobilisation de ces eaux se fait généralement au moyen de forages peu profonds.

La wilaya de Biskra totalise 11440 point d'eau, dont 7861 forages, 3573 puits et 6 sources.

Le volume d'eau souterraine mobilisé est de 710,28 Hm3. La répartition des volumes par

usages est représentée dans la figure 2.


01

Figure 2: Volume soutiré de la wilaya de Biskra par secteur (ABHS, 2012).

La wilaya de Biskra présente depuis longtemps, une sur exploitation des ressources en eau

souterraines est-ce par la prolifération des forages. Cet accroissement, rentre dans le cadre du

développement agricole de la région. L'entretien et le suivi des ouvrages deviennent de plus

en plus difficiles.

A l'exception des ouvrages étatiques, il est remarqué qu'un nombre important de forages et de

puits appartenant aux privés, présentent des équipements inadéquats. On note aussi, que ces

ouvrages, n’ont pas fait l'objet de suivi technique des travaux (A.N.A.T, 2003).

a) Nappes superficielles

Cette nappe se localise généralement dans les accumulations alluvionnaires, et c'est au niveau

des palmerais qu'elles sont le mieux connu avec une profondeur comprise entre 20 et 150 m et

un débit de 5 à 10 l/s. Les nappes les plus importantes dans la wilaya, sont de l'Oued Biskra et

de l'Oued Djedid. Leur alimentation est assurée par les précipitations atmosphériques,

l'infiltration des eaux des oueds en période de crue et par les eaux d'irrigation (A.N.A.T,

2003).

b) Nappe des sables

Constituée par une alternance de niveau d'argile, sable et cailloutis d'âge Moi-pliocène, elle

couvre une grande superficie de la wilaya. Cette nappe est fortement exploitée dans la partie

Est de la wilaya et notamment dans la zone de M’Ziraa.

Du point de vu hydrodynamique, cette nappe présente un système très hétérogène représenté

par des couches de diverses perméabilités. La profondeur de cette nappe est de 100 à 300 m,

avec un débit moyen de 15l/s.


00

A l'Est de la wilaya de Biskra, cette nappe se subdivise en deux aquifères sépares par une

épaisse couche d'argile et d'argile sableuse, l'un profond désigne sous le nom du Pontien et

l'autre moyennement profond qui est la nappe du Moi-pliocène connue dans cette région.

Le sens d'écoulement principale de la nappe des sables est vers du chott Melghir (A.N.A.T, 2003).

c)Nappe des calcaires

Elle est la sollicitée dans les palmeraies des Ziban, ou elle est appelée (nappe de Tolga). La

profondeur de cette nappe varie de 100 m dans la zone de Tolga à 500 m dans la zone de

Lioua. Le débit varie de 10 l/s par pompage jaillissant (cas d'Ourlal et Lioua . Les différents

sondages réalisés dans cette région montrent qu'il existe une continuité hydraulique entre la

nappe de l'Eocène inferieur et celle du Sénonien supérieur sous- jacente. par contre, dans la

zone d'Oumache et M'lili, ces deux nappes sont séparées par une épaisse couche de marne et

de marno-calcaire et ou profondeur est d'environ 900 m (ABHS, 2005; A.N.A.T, 2003).

d) Nappe albienne

C'est un réservoir très important constitué essentiellement de grés et de marne d'âge Albienne

et Barrémien, d'une profondeur comprise entre 1600 et 2500 m, et un débit moyen de 80 l/s

jaillissant. Son exploitation est très couteuse en raison de sa profondeur. En outre sa

température excessive la rend difficilement utilisable aussi bien pour l'alimentation en eau que

pour l'irrigation. Cette nappe est exploitée dans 19 forages dans la wilaya (A.N.A.T, 2003).

I.5 Qualité physico-chimique des eaux souterraines de la région de Biskra

Le tableau 5 présente les résultats d'analyses physico-chimiques de quelques points d'eau de la

région de Biskra.

Tableau 5 : Données physico – chimiques de quelques points d'eau de la région de Biskra

(Youcef, 1998; Achour et Youcef, 2001).

Point d'eau

Nature de la nappe

pH

TAC (0F)

TH (0F)

Ca2+

(mg/l)

Mg2+ (mg/l)

Cl- (mg/l)

SO42-

(mg/l)

Conductivité (mS/cm)

M' cid N01

Et Aliasud

Jardin London

Doucen

Ouled-Djellal

El-hadjeb

Miopliocène (CT)

Miopliocène (CT)

Miopliocène (CT)

Eocène inférieur(CT)

Albien (CI)

Alluvion (CT)

7,04

7,32

7,22

7,39

7,96

7,14

29

24

27

12

12

15

156

120

137

214

191

179

189

168

186

632

454

645

261

187

217

134

186

43

1999

1799

1799

1050

1549

1100

700

833

366

632

1250

1750

6,32

5,12

5,34

2,86

3,79

3,19


01

En se basant sur les résultats des analyses du tableau si dessus nous pouvons constater que:

Sur l'ensemble des points d'eau, le pH est voisin de la neutralité et varie entre 6,5 et 8. De ce

fait, l'alcalinité de ces eaux est de type bicarbonaté.

Les conductivités sont variables selon la nappe considérée, diminue avec la profondeur de

l'aquifère en allant de la nappe phréatique vers l'albien, mais sont globalement élevées,

largement supérieures à 1000 µS/cm, révélatrice d'une forte minéralisation totale. Les cartes de

minéralisation dressées (CDTN, 1992;Tabouche, 1999), indiquent un accroissement dans le

sens d'écoulement des eaux grâce à des phénomènes de dissolution et mise en solution des

sels des roches.

Les cations calcium et magnésium sont présents en fortes teneurs, ce qui révèle une dureté

totale (TH) importante sur l'ensemble des eaux de forages et dépassant la norme (50 °F)

(JORA, 2014). La grande différence qui existe entre la dureté totale (TH) et la dureté

carbonatée (TAC) serait essentiellement liée à la présence de chlorures et de sulfates. Le

sodium est un autre ion se trouvant en forte concentration dans les eaux des nappes les plus

superficielles. Cela est dû surtout à l'effet d'une forte évaporation provoquant la

concentration en sels de sodium.

L’étude réalisée par Bouchemal et al (2011) ayant pour objectif de donner un aperçu sur la

qualité physico – chimique des eaux du complexe terminal de la région de Biskra a montré

que les valeurs de la dureté observées, pour tous les échantillons des nappes de la région

d’étude, sont classées en valeurs minimales, maximales et moyennes dans le tableau 6.

Tableau 6: Dureté des eaux de la région d’étude (Bouchemal et al, 2011).

Nappe Valeur Min

(°F) Valeur Max

(°F) Valeur Moy

(°F)

Phréatique 52 259 115,41

Moi pliocène 74 386 181,28

Eocène 24,5 82,38 46,35

Albien 33,36 191 68,93

D’après les normes de potabilité des eaux établies par JORA (2014), on remarque que pour

les échantillons observées, le titre Hydrométrique moyen dépasse 50°F, ce qui montre que

les eaux de cette région sont très dures, sauf ce qui concerne la nappe de l’éocène dont les

eaux sont moins dures (46,35°F).


02

Les résultats obtenus des analyses physico-chimiques des eaux de la nappe du Moi-pliocène

de la commune de Biskra (Kheliel, 2018) ont montré une grande variation des concentrations

des éléments chimiques. Ces résultats sont présentés dans le tableau 7.

L’utilisation des résultats d’analyses présentés dans le tableau 7 pour tracer le diagramme de

Piper a permis de représenter le faciès chimique d'un ensemble d'échantillons d'eau. Il est

composé de deux triangles permettant de représenter le faciès cationique et le faciès anionique

et d’un losange synthétisant le faciès global. La figure 3 montre que les eaux de la nappe du

Moi pliocène de la commune de Biskra présentent deux familles dominantes qui sont:

Chlorurée sodique (88 %).

Chlorurée calcique et magnésienne (12 %).

Tableau7: Les différents paramètres d’analyses physico-chimiques des eaux de forages de la

nappe du Moi-pliocène de la région de Biskra.

(Compagne d’échantillonnage : Janvier à Mars 2015) (Kheliel et al, 2018).

Paramètres physiques Min Moy Max

Mesu

re

in situ

T° (°C) 16,20 22,50 24,70

pH 6,50 7,37 8,08

CE (µS/cm) 1990 3940 7100

► CE : Conductivité électrique ► T° : Température

Paramètres chimiques Min Moy Mod Max Ecart-type M

esure a

u

lab

ora

toire

LA

RH

YS

S

-

HCO3

(mg/L)

179,34 271,46 268,40 420,90 63,01

Cl- 612,35 1474,83 1563,47 3333,45 539,30

-

NO3 15,24 55,79 101,36 124,49 32,49

--

SO4 450 783,26 680 1550 220,17

Ca++ 50,85 148,26 136,31 301,50 52,53

Mg++ 74,77 236,19 113 654,94 117,41

Na+ 419,61 996,22 955,65 2661,76 436,30

K+ 4,86 11,25 10,64 18,59 3,64


03

Figure3: Diagramme de Piper pour les eaux de la nappe du Moi-pliocène de la commune de

Biskra (Kheliel et al, 2018).

I .6 Conclusion

Il nous a été possible de donner la définition de quelques paramètres physico-chimiques d’une

eau et donner un aperçu sur les ressources en eau dans la région de Biskra et l’évolution de la

qualité physico-chimiques des eaux souterraines de cette région.

En particulier, les conductivités relevées correspondent à des minéralisations totales

importantes diminuant avec la profondeur en passant de la nappe phréatique vers la nappe

albienne.

Les ions dominants sont le plus souvent les chlorures et les sulfates ainsi que le calcium et le

magnésium et sodium.

D’une façon générale, les caractéristiques minérales des eaux de la région d’étude sont

apparues globalement médiocres avec des valeurs non-conformes aux normes de potabilité,

notamment en ce qui concerne les nappes les plus exploitées (Nappes du complexe terminal).

La plupart de ces eaux sont très dures.

Pour la majorité des eaux prélevées, le faciès le plus dominant dans la région est chloruré

sodique.

La nappe superficielle du Moi-pliocène présente des eaux de qualité moyenne à mauvaise

pour l’AEP.

Chapitre II:

Impact des eaux dures sur la santé et les

ouvrages hydrauliques et procédés

d'adoucissement

Partie expérimentale

Chapitre I:

Matériel et méthodes

Chapitre II :

Résultats des essais d’adoucissement

Partie expérimentale Chapitre II : Résultats des essais d’adoucissement

38

II.1 Introduction

Selon la synthèse bibliographique que nous avons réalisé il semble que

l'adoucissement de l'eau est un procédé de traitement initialement destiné à réduire la dureté

de l'eau (due à la présence des sels alcalino-terreux: carbonates, sulfates et chlorures

de calcium et de magnésium). Les eaux durent posent des problèmes de biofilms, de

colmatage de conduites d'eau, tuyauteries et matériels domestiques (chaudières, machines à

laver, fers à repasser…) et lavent un peu moins bien les textiles (car moussant moins).

L’objectif de ce chapitre est de tester l’efficacité de l’application d’un procédé

d’adoucissement par précipitation chimique sur des eaux de la région de Biskra. Cette

application vise à cerner les conditions d’application de ce type de traitement pour les eaux du

sud Algérien qui souffrent du problème des eaux dures.

II.2 Résultats et discussion

II.2.1 Caractérisation des eaux traitées

Comme c’est indiqué dans le chapitre précédent, nous avons choisi trois eaux

souterraines. Une eau provenant d’un forage de la région de M’Ziraa (située à l'Est de la

wilaya de Biskra), une eau de forage (F1) provenant du champ captant de la ville de Biskra et

une troisième eau provenant du robinet du laboratoire pédagogique, département de Génie

civil et d’Hydraulique –Université de Biskra.

Après avoir comparé les résultats d’analyses physico-chimiques de ces eaux aux

normes de potabilité, on peut constater que le TH des trois eaux dépasse la valeur limite

exigée par le JORA (2014) étant 50 mg/l. Selon la classification du Tableau 11, Ces eaux

sont très dures. De même pour les autres paramètres (Ca+2

, SO42-

, Cl- et Na

+) dans le cas des

eaux des forages F1 et du laboratoire, les teneurs dépassent la norme.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Duret%C3%A9_de_l%27eau


https://fr.wikipedia.org/wiki/Carbonates

https://fr.wikipedia.org/wiki/Sulfate

https://fr.wikipedia.org/wiki/Calcium

https://fr.wikipedia.org/wiki/Magn%C3%A9sium



39

Tableau 11: Caractéristiques physico-chimiques des eaux traitées.

Paramètre Eau de M’Ziraa Eau du robinet Eau du

forage F1

Norme de

potabilité

(JORA, 2014)

pH 7,57 7 ,10 7,8 6,5<pH<9

Conductivité

(ms/cm) 1,2 4 3,46 2800

TAC (°F) 17,5 23 15

6 ,5

Pour les eaux

dessalées ou

déminéralisées

(valeur

minimale)

TH (F°) 55 106 ,5 78 50

HCO3-(mg/l) 213,5 280,6 183 Non indiquée

Ca+2

(mg/l) 112 192 153,6 200

Mg2+

(mg/l) 64,80 142,8 96,24 Non indiquée

SO42-

(mg/l) 400 570 520 400

Cl-(mg/l) 124,96 877,22 737,27 500

Na+ (mg/l) 57 651 609 200

K+ (

mg/l)

4 9 8 12

II.2.2 Diagramme à barre des eaux brutes

Afin de pouvoir calculer les doses théoriques de la chaux utilisées et des concentrations des

éléments chimiques de l’eau après traitement pour les essais de précipitation nous devons

passer par la conversion de la concentration des éléments mesurés en mg de CaCO3

(Desjardins, 1997). Les résultats de calcul sont récapitulés dans le tableau suivant.


40

Tableau 12: Conversion de la concentration des éléments mesurés en mg de CaCO3/L

pour chaque eau testée.

Eau de M’ziraa

Ca+2 : = 280 mg/l

Mg2+

: = 265,57 mg/l

Na+ :

= 123,91 mg/l

K+ : = 5,31 mg/l

HCO3- : = 175 mg/l

SO42-

: = 416,67 mg/l

Cl- : = 176 mg/l

Total = 674,61 mg /l (CaCO3) Total = 767,67 mg /l (CaCO3)

Eau du robinet

Ca+2 : = 480 mg/l

Mg2+ = 585,26mg/l

Na+ :

= 1415.22mg/l

K+ : = 11,54 mg/l

HCO3- : = 229,51 mg/l

SO42-

: = 593,75 mg/l

Cl- : = 1235,52 mg/l


Eau Forage F1 (Oued El Hai)

Ca+2 : = 384 mg/l

Mg2+ = 394,43mg/l

Na+ :

= 1323,92mg/l

K+ : = 10,26 mg/l

HCO3- : = 150 mg/l

SO42-

: = 541,67 mg/l

Cl- : = 1038,41 mg/l


Puisque les concentrations de tous les ions sont exprimées en équivalents de CaCO3, on

peut additionner les valeurs et, à partir de là, construire le diagramme à barre pour chaque

eaux choisis pour les essais d’adoucissement:


41

1. Diagramme à barre Eau brute de M’Ziraa

0 280 545,57 669,48 674,61

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

HCO3- SO4

2- Cl

-

0 175 591,67 767,67

2. Diagramme à barre Eau brute du robinet

0 480 1065,26 2480,48 2492,02

Ca2+

Mg2+

Na+ K

+

HCO3- SO4

2- Cl

-

0 229,51 823,26 2058,78

3. Diagramme à barre Eau Forage F1 (Oued El Hai)

0 384 778,43 2102,35 2112,61

Ca2+

Mg2+

Na+ K

+

HCO3- SO4

2- Cl

-

0 150 691,67 1730,08

II.2.3 Essais d’adoucissement par précipitation chimique à la chaux

II.2.3.1 Calculdes doses théoriques de la chaux nécessaire pour l’adoucissement

II.2.3.1.1 Procédé par addition de la chaux seulement

Rappelons que le procédé par addition de chaux seulement, basé sur l’utilisation de la

chaux et qui permet de réduire la concentration d’ions calcium d’une eau, n’exerce aucune

influence sur la dureté non carbonatée et sur la dureté magnésienne. L’équation chimique qui

régit la réaction sur laquelle repose ce procédé est la suivante:

Ca(OHCO3)2 + Ca(OH)2 2 CaCO3 + 2H2O

Selon le diagramme à barre (Desjardins, 1997), on présente les étapes de calcul nécessaire

pour réduire la dureté totale et la dose de Ca(OH)2 nécessaire pour cette opération pour

chaque eau testée. Les étapes de calcul sont les suivantes:

Selon les diagrammes à barre qu’on a dressée pour chaque eau testée (Voire annexe 1) on

récapitule les résultats concernant la dose de chaux nécessaire ainsi que la concentration finale

des éléments chimiques de l’eau après traitement.


42

a) Eau de M’Ziraa

Addition de chaux (Ajout de175 mg/l de CaCO3 de Ca(OH)2. Ce qui est équivalent à une

dose de 129,5 mg/l de chaux).

175 0 280 545,57 669,48 674,61

Ca2+

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

OH- HCO3

- SO4

2- Cl

-

175 0 175 591,67 767,67

Eau finale

0 145 410,57 534,48 539,61

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

HCO3- SO4

2- Cl

-

0 40 456,67 632,67

b) Eau du robinet

Addition de chaux (Ajout de229,51 mg/l de CaCO3 de Ca(OH)2ce qui est équivalent à

une dose de 169,83 mg/l de chaux).

229,51 0 480 1065,26 2480,48 2492,02

Ca2+

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

OH- HCO3

- SO4

2- Cl

-

229,51 0 229,51 823,2 62058,78

Eau finale

0 290,49 875,75 2290,97 2302,51

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

HCO3- SO4

2- Cl

-

0 40 633,75 1869,27

c) Eau Forage F1 (Oued El Hai)

Addition de chaux (Ajout de150 mg/l de CaCO3 de Ca(OH)2 ce qui est équivalent à une

dose de 111mg/l de chaux).

150 0 384 778,43 2102,35 2112,61

Ca+2

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

OH- HCO3

- SO4

2- Cl

-

150 0 150 691,67 1730,08


43

Eau finale

0 274 668,43 1992,35 2002,61

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

HCO3- SO4

2- Cl

-

0 40 581,67 1620,08

II.2.3.1.2 Traitement avec un excès de chaux

Rappelons qu’on utilise le procédé par addition d'un excès de chaux pour réduire la dureté des

eaux affectées d'une dureté carbonatée associée à du calcium et à du magnésium. Lorsqu'on

ajoute suffisamment de chaux, le magnésium se combine avec des hydroxydes pour former un

précipité de Mg(OH)2. Après la précipitation du Mg(OH)2, on doit procéder à une

carbonatation pour obtenir la précipitation de l'excès de chaux. Les principales réactions

chimiques qui régissent les réactions sur lesquelles repose ce procédé sont les suivantes

(Desjardins, 1997):

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 2CaCO3 + 2H2O

Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 Mg(OH)2 + 2CaCO3 + 2H2O

Ca(OH)2 + CO2 CaCO3




a) Eau de M’Ziraa

Bicarbonates : 175 mg CaCO3/l

Magnésium : 265,57 mg CaCO3/l

Excès de chaux : 50 mg CaCO3/l

Dose de chaux à introduire : 490,57 mg CaCO3/l ce qui est équivalent à une dose de 363,02

mg/l de chaux).

Addition de chaux

490,57 0 280 545,57 669,48 674,61

Ca+2

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

OH- HCO3

- SO4

2- Cl

-

490,57 0 175 591,67 767,67


44

Eau finale

0 410,57 420,57 544,48 549,61

Ca+2

Mg2+ Na+ K

+

HCO3- SO4

2- Cl

-

0 50 471,67 647,67

Diminution de la dureté de 545,57 mg CaCO3/l à 420,57 mg CaCO3/l soit une efficacité de

22,92 %.

b) Eau de robinet

Bicarbonates : 229,51 mg CaCO3/l



Dose de chaux : 864,77mg CaCO3/l, ce qui est équivalent à une dose de 639,93mg/l de chaux.

Addition de chaux

864,77 0 480 1065,26 2480,48 2492,02

Ca2+ Ca2+ Mg2+ Na+ K+

OH- HCO3- SO4

2- Cl-

864,77 0 229,51 823,26 2058,78

Eau finale

0 875,26 885,75 2300,90 2312,52 Ca2+ Mg2+ Na+ K+

HCO3- SO4

2- Cl-

0 50 693,75 1929,27

Diminution de la dureté de 1065,26 mg CaCO3/l à 885,75 mg CaCO3/l soit 16,85 %

d’efficacité.

c) Forage F1 (Oued El Hai)




Dose de chaux : 594,43 mg CaCO3/l, ce qui est équivalent à une dose de 439,88 mg/l de

chaux.


45

Addition de chaux

594,43 0 384 778,43 2102 ,35 2112 ,61

Ca2+ Ca2+

Mg2+ Na+

K+

OH- HCO3- SO4

2- Cl-

594,43 0 150 691,67 1730,08

Eau finale

0 628,43 638,43 1962,35 1972,61

Ca2+ Mg2+

Na+ K+

HCO3- SO4

2- Cl-

0 50 591,67 1630,08


17,98 %.

II.2.3.2 Résultats et discussion des essais expérimentaux d’adoucissement par

précipitation chimique à la chaux

Pour chaque eau traitée, cet essai a été réalisé en introduisant simultanément, dans chaque

bécher de 500 ml, des doses variables de chaux (0 à 500 mg/l). Après décantation nous avons

suivi l’évolution de quelques paramètres de qualité de chaque eau, comme le montre la figure

24. .


46

Figure 24: Evolution des paramètres de qualité de l’eau en fonction de la dose de chaux

introduite.

020406080

100120140160180200

0 100 200 300 400 500

Pa

ram

ètre

Dose de chaux (mg/l)

Eau M'Ziraa (La chaux)

TH (°F) Ca2+ (mg/l)Mg2+ (mg/l) TAC (°F)

0

2

4

6

8

10

12

0 100 200 300 400 500

Pa

ram

ètre



pH CE

0

2

4

6

8

10

12

0 100 200 300 400 500 600

Pa

ram

ètr

e


Eau du robinet (La chaux)

pH CE

0

50

100

150

200

250

0 100 200 300 400 500

Par

amèt

re


Eau F1 (La chaux)

TH(°F) Ca2+ (mg/l)

Mg2+(mg/l) TAC (°F)

0

2

4

6

8

10

12

0 100 200 300 400 500 600

Par

amèt

re


Eau F1 (La chaux)

pH C E

0

50

100

150

200

250

300

0 100 200 300 400 500

Pa

ram

ètr

e



TH (°F) Ca2+(mg/l)

Mg2+(mg/l) TAC(°F)


47

Selon les résultats présentés dans la figure 24, nous avons considéré que les résultats optima

de ces essais correspondent à la valeur minimale obtenue pour la dureté totale (TH). A

l’optimum de traitement de chaque eau (Tableau 13), on peut remarquer que:

Les doses de chaux sont assez importantes.

La dureté de l’eau ainsi que ces paramètres (Ca2+ et Mg

2+) ont subi une faible

diminution, avec un pourcentage d’élimination qui varie de 26,36% et 32,56%. Ce

qui signifie que la dureté dominante de ces eaux est en majorité non carbonatée.

La diminution de la dureté est accompagnée par la diminution de la conductivité de

l’eau et du TAC. Ceci s’explique par la précipitation du CaCO3 et de Mg(OH)2.

En revanche le pH de l’eau dépasse 10 (Tableau 13 ). Cette augmentation du pH pour

les trois eaux nécessitera une neutralisation ultérieure, en générale dans ce type de

traitement par l’ajout du CO2 pour une carbonatation ultérieur.

Selon la même figure on peut remarquer une réaugmentation de la teneur des ions Ca2+

et

du TH qui est due aux grand apport des ions Ca2+

sous forme de chaux (Ca(OH)2). Ainsi

qu’une réaugmentation de la valeur du TAC étant due à l’apport des ions OH- sous forme

de chaux (Ca(OH)2).

Tableau 13: Résultats optima des essais expérimentaux d’adoucissement des eaux par précipitation à la chaux (B : eau brute ; T : eau traitée)

Eau

Traitement à la chaux

Dose

optimale

Paramètres

TH

(°F)

TAC

(°F)

Ca2+

(mg/l)

Mg2+

(mg/l)

pH CE

(mS/cm)

B T B T B T B T B T B T

M'Ziraa 300 55 40,5 17,5 6,4 112 120 64,8 25,2 7,5 10 ,5 1,2 1,3

Robinet 350 107,5 72,5 23 3,5 192 184 142,8 63,6 7,1 10,3 4 3,4

F1 400 78,5 57 15 3,8 153,6 184 96,2 26,4 7,8 10,5 3,5 2,7

On comparant la dose optimale de chaux obtenue par les essais expérimentaux aux doses

théoriques calculées (Figure 25), nous pouvons conclure qu’elles sont toutes assez élevées et

la dose expérimentale est moins élevée par rapport à celle calculée en utilisant un excès de

chaux (nécessaire pour la précipitation du CaCO3 et du Mg(OH)2. Ceci revient aux

caractéristiques physico-chimiques de chaque eau.


48

Figure 25: Comparaison entre la dose théorique de chaux et la dose expérimentale nécessaire

pour l’adoucissement de chaque eau.

Selon les résultats expérimentaux réalisés par Medfouni (2007) sur les eaux albiennes de Sidi

Mahdi- Touggourt, les teneurs encalcium passent de 273,19 mg/l avant traitement à la teneur

de 257,794 mg/l en utilisant la chaux éteinte (Ca(OH)2). Ainsi, la dureté total passe seulement

de 1120,8 à 835,05 mg/l de CaCO3pourl'hydroxyde de calcium (Tableau 14). Medfouni

(2007) a constaté que ce procédé est par conséquent ne doit pas être la bonne solution aux

problèmes d’entartrage auxquels est confronté la région de l’Oued R’hir. De ces résultats il est

décidé d’orienter le traitement de la dureté des eaux de la région étudiée avec du carbonate de

sodium.


Ca(OH)2(Medfouni, 2007)

Eléments Unité Eaux brute Eau traitée à la chaux

Ca2+

mg/l

273,19 257,79

Mg2+

106,31 102,14

HCO3- 157 ,14 19,76

pH - 8,02 8,90

Conductivité µS/cm 3300 3340

Dureté °F 112,08 83,51

0

100

200

300

400

500

600

700

Eau M'Ziraa Eau Robinet Eau F1

Do

se d

e ch

aux (

mg/l

)

Ca(OH)2 (mg/l) Ca(OH)2 (mg/l)

Ca(OH)2 (mg/l)


49

Diafi (2015), a fait la même remarque après avoir réalisé des essais de précipitation chimique

à la chaux sur une eau de forage d’Ain El Houtz –Tlemcen. La dureté totale de l’eau brute a

passé de 53,75 °F à 34,93 °F.

Les essais réalisés par Bouchahm et al (2016) sur l’eau de forage Boukhalfa, qui alimente la

zone sud d’El Alia-Biskra, ont montré également que le TH de cette eau a passé de 128 °F à

68 °F avec un rendement d’élimination de 46,87 %. Avec 200 mg de chaux, on a obtenu un

rendement de 80 % pour le magnésium.

II .2.4 Essais d’adoucissement par Na2CO3

II .2.4.1 Détermination de la dose Théorique de Na2CO3

La dose théorique de Na2CO3 pour réaliser un adoucissement efficace est donnée par la

formule (Ouali, 2001):

Dose de Na2CO3 (en mg/l) = 10,6(TH-TAC) (TH et TAC en °F)

= 53 (TH-TAC) (TH et TAC en méq/l)

On utilisant les résultats d’analyse, on a déterminé la dose de Na2CO3 pour chaque eau comme

suit:

Eau de M’Ziraa : 490,57 mg/l.

Eau du robinet : 864,77 mg/l.

Eau du forage Oued El Hai (F1) : 594,43 mg/l.

Il semble également, comme dans le cas de la chaux, que ces doses sont élevées.

II.2.4.2 Résultats et discussion des essais expérimentaux


bécher de 500 ml, des doses variables de carbonates de sodium. Après décantation nous avons


26.


50

Figure 26: Evolution des paramètres de qualité de l’eau en fonction de la dose de carbonate

de sodium introduite.

0

20

40

60

80

100

120

0 100 200 300 400 500 600

Par

amèt

re

Dose de Na2CO3 (mg/l)

Eau de M'Ziraa (Carbonate de sodium)

TH Ca2+

Mg2+ TAC

0

2

4

6

8

10

12

0 100 200 300 400 500

Par

amèt

re


Eau de M'Ziraa (cabonate de sodium)

pH CE

0

50

100

150

200

250

0 100 200 300 400 500 600

Par

amèt

re


Eau du robinet (carbonate de sodium)

TH Ca2+

Mg2+ TAC

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 100 200 300 400 500

Par

amèt

re



pH CE

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 100 200 300 400 500 600

Par

amèt

re


Eau F1 (Carbonate de sodium)

TH Ca2+

Mg2+ TAC

0

2

4

6

8

10

0 100 200 300 400 500

Par

amèt

re



pH CE


51


de ces essais correspondent à la valeur minimale obtenue pour la dureté totale (TH) étant

500mg/l. A l’optimum de traitement de chaque eau (Tableau15), on peut remarquer que :

Les doses de carbonate de sodium sont assez importantes 500 mg/l.


2+) ont subi une diminution

continuelle avec l’augmentation de la dose de carbonate de sodium, avec un

pourcentage d’élimination qui varie de 23,64 % et 45,80 % pour une dose de 500 mg/l

du réactif. Ce qui signifie que le réactif ajouté réagit avec les ions calcium et

magnésium Ca2+

lié aux ions Cl- et SO4

2- dans l’eau brute.

La diminution de la dureté est accompagnée par une augmentation de la conductivité

de l’eau et du TAC. Ceci s’explique par l’apport du sodiumet des carbonates (sous

forme de Na2CO3).

En revanche le pH de l’eau dépasse 10 (Tableau 15). Cette augmentation du pH pour

les trois eaux nécessitera une neutralisation ultérieure.

Tableau 15: Résultats optima des essais expérimentaux d’adoucissement des eaux par précipitation au carbonate de sodium (B : eau brute ; T : eau traitée).

Eau

Traitement au carbonate de sodium

Dose optimale

Paramètres

TH

(°F)

TAC

(°F)

Ca2+

(mg/l)

Mg2+

(mg/l)

pH CE

(mS/cm)


M'Ziraa 500 55 42 17,5 30,5 112 76,5 64,80 55,1 7,6 9,3 1,2 1,7

Robinet 500 107,5 67,5 23 33 192 94,4 142,8 105,4 7,1 8,5 4 3,9

F1 500 78,5 42,5 15 43,5 153,6 38,8 96,24 78,7 7,8 9 3,5 3,6

En comparant la dose optimale de carbonate de sodium obtenue par les essais expérimentaux

aux doses théoriques calculées (Figure27), nous pouvons conclure qu’elles sont toutes assez

élevées et la dose expérimentale est en moyenne moins élevée par rapport à celle calculée en

utilisant. Ceci revient aux caractéristiques physico-chimiques de chaque eau.


52

Figure 27: Comparaison entre la dose théorique de Na2CO3 et la dose expérimentale

nécessaire pour l’adoucissement de chaque eau.

Selon les travaux de Medfouni (2007) l’application du traitement sur une eau souterraine de

Sidi Mahdi- Touggourtparaddition de carbonate de sodium a montré une très bonne efficacité

comparativement au traitement à la chaux. Le rendement d’élimination de la dureté est

supérieur à 57 %. Cependant, il faut noter que le Na2CO3 a ajouté à l’eau traitée plus de 255

mg/l de sodium à la teneur initiale dans l’eau (394 mg/l). A noter également que la

conductivité a passé de 3300µS/cm avant traitement à 3840 µS/cm après traitement.

II.2.5 Comparaison entre les deux procédés d’adoucissement

II.2.5.1 Dose des réactifs et qualité des eaux

On faisant une comparaison entre les résultats obtenus par les deux réactif Ca(OH)2 et

Na2CO3 il semble évident que les doses nécessaires pour aboutir à un traitement optimal de la

dureté de l’eau sont importantes et plus élevées dans le cas du traitement avec le carbonate de

sodium (Figure 28).

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000


Do

se d

e N

a2C

O3

(m

g/l

)

Na2CO3 (mg/l) Na2CO3 (mg/l)


53

Figure 28: Comparaison entre les doses des réactifs utilisés pour le traitement.

L’utilisation de chaque réactif pour réduire la dureté de l’eau a touché d’autres paramètres de

qualité (Tableau 16):

TH : Diminution sensible du TH avec une légère efficacité du carbonate de sodium par

rapport à la chaux.

Ca2+

: Diminution remarquable du calcium avec une plus grande efficacité du carbonate de

sodium par rapport à la chaux.

Mg2+

: Diminution remarquable du magnésium avec une plus grande efficacité de la chaux

par rapport au carbonate de sodium.

pH et conductivité : L’apport de la chaux permet d’atteindre des pH plus basique qu’on

utilisant le Na2CO3 par contre la conductivité électrique finale de l’eau est moins élevée.

Na+ : possibilité d’un apport élevé en ions Na+

après traitement au carbonate de sodium. Ce

qui n’est pas favorable pour les eaux déjà chargées en cet élément.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Chaux seule Excès de chaux Essais

expérimentaux

Dose théorique Essais

expérimentaux

Ca(OH)2 (mg/l) Na2CO3 (mg/l)

Do

se (

mg/l

)



54

Tableau 16: Comparaison entre les paramètres de qualité avant et après traitement.

Paramètre

Eau de M’Ziraa Eau de robinet Eau forage F1

Eau

brute Chaux

Carbonate

de sodium

Eau

brute Chaux

Carbonate

de sodium

Eau

brute Chaux

Carbonate

de sodium

TH (F°) 55 40,5 42 107,5 72,5 67,5 78,5 57 42,5

Ca+2

(mg/l) 112 120 76,5 192 184 94,4 153,6 184 38,8

Mg2+

(mg/l) 64,8 25,2 55,1 142,8 63,6 105,4 96,2 26,4 78,7

TAC (°F) 17,5 6,4 30,5 23 3,5 33 15 3,8 43,5

pH 7,6 10,5 9,3 7,1 10,3 8,5 7,6 10,5 9,3

CE (mS/cm) 1,2 1,3 1,7 4 3,4 3,9 3,5 2,7 3,6

II.2.5.2 Volume des boues produites

Comme on l’a décrit dans le chapitre 1 de cette partie expérimentale, pour chaque eau nous

avons réalisé:

Un essai d’adoucissement par précipitation chimique à la chaux ([Ca(OH)2] = 350 mg /l )

Un essai d’adoucissement par précipitation chimique au carbonate de sodium ([Na2CO3] =

500 mg /l.

Après coagulation-floculation, chaque eau a été laissée en décantation dans des éprouvettes de

500 ml pendant 30 minutes. Le volume des boues dans chaque éprouvette a été noté après le

temps de décantation (Tableau17). Nous avons constaté que les boues produites par

précipitation chimique à la chaux étaient plus denses par rapport à celles produites par le

carbonate de sodium (Figure23). En plus, elles sont plus volumineuses.

Tableau 17: Comparaison entre les boues produites par les deux traitements.

Eau

Rendement

d’élimination

de la dureté

TH en %

La chaux (Ca(OH)2) Rendement

d’élimination

de la dureté

TH en %

Carbonate de sodium

(Na2CO3)

Dose

introduite

(mg/l)

Volume

de boues

(ml)

Dose

introduite

(mg/l)

Volume

de boues

(ml)

M'Ziraa 26,36 350 18 23,64 500 2

Robinet 32,86 350 22 37,21 500 2,2

F1 24,84 350 14 45,85 500 2,5


55

La boue ainsi produite est stable et très peu coûteuse en termes de traitement, opération ou

maintenance. Les boues produites dans le cas de l’utilisation de Ca(OH)2, contrairement aux

boues d'un procédé par précipitation du Na2CO3sont concentrées (teneur en solides de 90 %).

Elles peuvent être recyclées et utilisées par l'industrie (comme produit de départ pour la

fabrication de matériau de construction). Une telle valorisation est courante aux Pays Bas et

au Royaume Uni par exemple (Mange, 2008).

II.3 Conclusion

Les essais d’adoucissement que nous avons réalisés ont été consacrés au traitement de

trois eaux souterraines de la région de Biskra. Les réactifs utilisés individuellement sont la

chaux et le carbonate de sodium.

Les résultats obtenus ont montré que l’efficacité d’adoucissement de chaque réactif dépond de

plusieurs paramètres. Le suivi de la qualité des eaux après traitement a permis d’aboutir aux

résultats suivants:

L’adoucissement de ces eaux nécessite de fortes doses de réactif ce qui peut aboutir à

des volumes de boues consistants en fin de traitement. Ce résultat est plus remarquable

dans le cas du traitement à la chaux.

L’élimination du TH est satisfaisante. Cette élimination est accompagnée par une

diminution de la teneur en calcium et en magnésium. Elle sera plus remarquable par

utilisation de la chaux si la dureté est carbonatée et par utilisation du carbonate de

sodium si elle est permanente.

Le pH final des eaux traitées est assez élevé. Ce qui nécessite un réajustement en fin

de chaque traitement.

La conductivité électrique de l’eau peut augmenter légèrement particulièrement en

utilisant le carbonate de sodium. Vue l’apport des ions Na+. Ce qui n'est pas bénéfique

pour le traitement des eaux dures et fortement chargées en sodium.

Pour les eaux de cette région, il serait préférable de combiner l’utilisation de la chaux

et du carbonate de sodium pour éliminer à la fois la dureté temporaire et permanente.


38

II.1 Introduction

Selon la synthèse bibliographique que nous avons réalisé il semble que

l'adoucissement de l'eau est un procédé de traitement initialement destiné à réduire la dureté

de l'eau (due à la présence des sels alcalino-terreux: carbonates, sulfates et chlorures

de calcium et de magnésium). Les eaux durent posent des problèmes de biofilms, de

colmatage de conduites d'eau, tuyauteries et matériels domestiques (chaudières, machines à

laver, fers à repasser…) et lavent un peu moins bien les textiles (car moussant moins).

L’objectif de ce chapitre est de tester l’efficacité de l’application d’un procédé

d’adoucissement par précipitation chimique sur des eaux de la région de Biskra. Cette

application vise à cerner les conditions d’application de ce type de traitement pour les eaux du

sud Algérien qui souffrent du problème des eaux dures.

II.2 Résultats et discussion

II.2.1 Caractérisation des eaux traitées

Comme c’est indiqué dans le chapitre précédent, nous avons choisi trois eaux

souterraines. Une eau provenant d’un forage de la région de M’Ziraa (située à l'Est de la

wilaya de Biskra), une eau de forage (F1) provenant du champ captant de la ville de Biskra et

une troisième eau provenant du robinet du laboratoire pédagogique, département de Génie

civil et d’Hydraulique –Université de Biskra.

Après avoir comparé les résultats d’analyses physico-chimiques de ces eaux aux

normes de potabilité, on peut constater que le TH des trois eaux dépasse la valeur limite

exigée par le JORA (2014) étant 50 mg/l. Selon la classification du Tableau 11, Ces eaux

sont très dures. De même pour les autres paramètres (Ca+2

, SO42-

, Cl- et Na

+) dans le cas des

eaux des forages F1 et du laboratoire, les teneurs dépassent la norme.



https://fr.wikipedia.org/wiki/Carbonates

https://fr.wikipedia.org/wiki/Sulfate

https://fr.wikipedia.org/wiki/Calcium

https://fr.wikipedia.org/wiki/Magn%C3%A9sium



39

Tableau 11: Caractéristiques physico-chimiques des eaux traitées.

Paramètre Eau de M’Ziraa Eau du robinet Eau du

forage F1

Norme de

potabilité

(JORA, 2014)

pH 7,57 7 ,10 7,8 6,5<pH<9

Conductivité

(ms/cm) 1,2 4 3,46 2800

TAC (°F) 17,5 23 15

6 ,5

Pour les eaux

dessalées ou

déminéralisées

(valeur

minimale)

TH (F°) 55 106 ,5 78 50

HCO3-(mg/l) 213,5 280,6 183 Non indiquée

Ca+2

(mg/l) 112 192 153,6 200

Mg2+

(mg/l) 64,80 142,8 96,24 Non indiquée

SO42-

(mg/l) 400 570 520 400

Cl-(mg/l) 124,96 877,22 737,27 500

Na+ (mg/l) 57 651 609 200

K+ (

mg/l)

4 9 8 12

II.2.2 Diagramme à barre des eaux brutes

Afin de pouvoir calculer les doses théoriques de la chaux utilisées et des concentrations des

éléments chimiques de l’eau après traitement pour les essais de précipitation nous devons

passer par la conversion de la concentration des éléments mesurés en mg de CaCO3

(Desjardins, 1997). Les résultats de calcul sont récapitulés dans le tableau suivant.


40

Tableau 12: Conversion de la concentration des éléments mesurés en mg de CaCO3/L

pour chaque eau testée.

Eau de M’ziraa

Ca+2 : = 280 mg/l

Mg2+

: = 265,57 mg/l

Na+ :

= 123,91 mg/l

K+ : = 5,31 mg/l

HCO3- : = 175 mg/l

SO42-

: = 416,67 mg/l

Cl- : = 176 mg/l


Eau du robinet

Ca+2 : = 480 mg/l

Mg2+ = 585,26mg/l

Na+ :

= 1415.22mg/l

K+ : = 11,54 mg/l

HCO3- : = 229,51 mg/l

SO42-

: = 593,75 mg/l

Cl- : = 1235,52 mg/l


Eau Forage F1 (Oued El Hai)

Ca+2 : = 384 mg/l

Mg2+ = 394,43mg/l

Na+ :

= 1323,92mg/l

K+ : = 10,26 mg/l

HCO3- : = 150 mg/l

SO42-

: = 541,67 mg/l

Cl- : = 1038,41 mg/l


Puisque les concentrations de tous les ions sont exprimées en équivalents de CaCO3, on

peut additionner les valeurs et, à partir de là, construire le diagramme à barre pour chaque

eaux choisis pour les essais d’adoucissement:


41

1. Diagramme à barre Eau brute de M’Ziraa

0 280 545,57 669,48 674,61

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

HCO3- SO4

2- Cl

-

0 175 591,67 767,67

2. Diagramme à barre Eau brute du robinet

0 480 1065,26 2480,48 2492,02

Ca2+

Mg2+

Na+ K

+

HCO3- SO4

2- Cl

-

0 229,51 823,26 2058,78

3. Diagramme à barre Eau Forage F1 (Oued El Hai)

0 384 778,43 2102,35 2112,61

Ca2+

Mg2+

Na+ K

+

HCO3- SO4

2- Cl

-

0 150 691,67 1730,08

II.2.3 Essais d’adoucissement par précipitation chimique à la chaux

II.2.3.1 Calculdes doses théoriques de la chaux nécessaire pour l’adoucissement

II.2.3.1.1 Procédé par addition de la chaux seulement

Rappelons que le procédé par addition de chaux seulement, basé sur l’utilisation de la

chaux et qui permet de réduire la concentration d’ions calcium d’une eau, n’exerce aucune

influence sur la dureté non carbonatée et sur la dureté magnésienne. L’équation chimique qui

régit la réaction sur laquelle repose ce procédé est la suivante:

Ca(OHCO3)2 + Ca(OH)2 2 CaCO3 + 2H2O

Selon le diagramme à barre (Desjardins, 1997), on présente les étapes de calcul nécessaire

pour réduire la dureté totale et la dose de Ca(OH)2 nécessaire pour cette opération pour

chaque eau testée. Les étapes de calcul sont les suivantes:





42

a) Eau de M’Ziraa

Addition de chaux (Ajout de175 mg/l de CaCO3 de Ca(OH)2. Ce qui est équivalent à une

dose de 129,5 mg/l de chaux).

175 0 280 545,57 669,48 674,61

Ca2+

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

OH- HCO3

- SO4

2- Cl

-

175 0 175 591,67 767,67

Eau finale

0 145 410,57 534,48 539,61

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

HCO3- SO4

2- Cl

-

0 40 456,67 632,67

b) Eau du robinet

Addition de chaux (Ajout de229,51 mg/l de CaCO3 de Ca(OH)2ce qui est équivalent à

une dose de 169,83 mg/l de chaux).

229,51 0 480 1065,26 2480,48 2492,02

Ca2+

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

OH- HCO3

- SO4

2- Cl

-

229,51 0 229,51 823,2 62058,78

Eau finale

0 290,49 875,75 2290,97 2302,51

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

HCO3- SO4

2- Cl

-

0 40 633,75 1869,27

c) Eau Forage F1 (Oued El Hai)

Addition de chaux (Ajout de150 mg/l de CaCO3 de Ca(OH)2 ce qui est équivalent à une

dose de 111mg/l de chaux).

150 0 384 778,43 2102,35 2112,61

Ca+2

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

OH- HCO3

- SO4

2- Cl

-

150 0 150 691,67 1730,08


43

Eau finale

0 274 668,43 1992,35 2002,61

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

HCO3- SO4

2- Cl

-

0 40 581,67 1620,08

II.2.3.1.2 Traitement avec un excès de chaux

Rappelons qu’on utilise le procédé par addition d'un excès de chaux pour réduire la dureté des

eaux affectées d'une dureté carbonatée associée à du calcium et à du magnésium. Lorsqu'on

ajoute suffisamment de chaux, le magnésium se combine avec des hydroxydes pour former un

précipité de Mg(OH)2. Après la précipitation du Mg(OH)2, on doit procéder à une

carbonatation pour obtenir la précipitation de l'excès de chaux. Les principales réactions

chimiques qui régissent les réactions sur lesquelles repose ce procédé sont les suivantes

(Desjardins, 1997):



Ca(OH)2 + CO2 CaCO3




a) Eau de M’Ziraa




Dose de chaux à introduire : 490,57 mg CaCO3/l ce qui est équivalent à une dose de 363,02

mg/l de chaux).

Addition de chaux

490,57 0 280 545,57 669,48 674,61

Ca+2

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

OH- HCO3

- SO4

2- Cl

-

490,57 0 175 591,67 767,67


44

Eau finale

0 410,57 420,57 544,48 549,61

Ca+2

Mg2+ Na+ K

+

HCO3- SO4

2- Cl

-

0 50 471,67 647,67


22,92 %.

b) Eau de robinet




Dose de chaux : 864,77mg CaCO3/l, ce qui est équivalent à une dose de 639,93mg/l de chaux.

Addition de chaux

864,77 0 480 1065,26 2480,48 2492,02


OH- HCO3- SO4

2- Cl-

864,77 0 229,51 823,26 2058,78

Eau finale

0 875,26 885,75 2300,90 2312,52 Ca2+ Mg2+ Na+ K+

HCO3- SO4

2- Cl-

0 50 693,75 1929,27

Diminution de la dureté de 1065,26 mg CaCO3/l à 885,75 mg CaCO3/l soit 16,85 %

d’efficacité.

c) Forage F1 (Oued El Hai)




Dose de chaux : 594,43 mg CaCO3/l, ce qui est équivalent à une dose de 439,88 mg/l de

chaux.


45

Addition de chaux

594,43 0 384 778,43 2102 ,35 2112 ,61

Ca2+ Ca2+

Mg2+ Na+

K+

OH- HCO3- SO4

2- Cl-

594,43 0 150 691,67 1730,08

Eau finale

0 628,43 638,43 1962,35 1972,61

Ca2+ Mg2+

Na+ K+

HCO3- SO4

2- Cl-

0 50 591,67 1630,08


17,98 %.

II.2.3.2 Résultats et discussion des essais expérimentaux d’adoucissement par

précipitation chimique à la chaux


bécher de 500 ml, des doses variables de chaux (0 à 500 mg/l). Après décantation nous avons


24. .


46

Figure 24: Evolution des paramètres de qualité de l’eau en fonction de la dose de chaux

introduite.

020406080

100120140160180200

0 100 200 300 400 500

Pa

ram

ètre



TH (°F) Ca2+ (mg/l)Mg2+ (mg/l) TAC (°F)

0

2

4

6

8

10

12

0 100 200 300 400 500

Pa

ram

ètre



pH CE

0

2

4

6

8

10

12

0 100 200 300 400 500 600

Pa

ram

ètr

e



pH CE

0

50

100

150

200

250

0 100 200 300 400 500

Par

amèt

re


Eau F1 (La chaux)

TH(°F) Ca2+ (mg/l)

Mg2+(mg/l) TAC (°F)

0

2

4

6

8

10

12

0 100 200 300 400 500 600

Par

amèt

re


Eau F1 (La chaux)

pH C E

0

50

100

150

200

250

300

0 100 200 300 400 500

Pa

ram

ètr

e



TH (°F) Ca2+(mg/l)

Mg2+(mg/l) TAC(°F)


47


de ces essais correspondent à la valeur minimale obtenue pour la dureté totale (TH). A

l’optimum de traitement de chaque eau (Tableau 13), on peut remarquer que:

Les doses de chaux sont assez importantes.


2+) ont subi une faible

diminution, avec un pourcentage d’élimination qui varie de 26,36% et 32,56%. Ce

qui signifie que la dureté dominante de ces eaux est en majorité non carbonatée.

La diminution de la dureté est accompagnée par la diminution de la conductivité de

l’eau et du TAC. Ceci s’explique par la précipitation du CaCO3 et de Mg(OH)2.

En revanche le pH de l’eau dépasse 10 (Tableau 13 ). Cette augmentation du pH pour

les trois eaux nécessitera une neutralisation ultérieure, en générale dans ce type de

traitement par l’ajout du CO2 pour une carbonatation ultérieur.

Selon la même figure on peut remarquer une réaugmentation de la teneur des ions Ca2+

et

du TH qui est due aux grand apport des ions Ca2+

sous forme de chaux (Ca(OH)2). Ainsi

qu’une réaugmentation de la valeur du TAC étant due à l’apport des ions OH- sous forme

de chaux (Ca(OH)2).

Tableau 13: Résultats optima des essais expérimentaux d’adoucissement des eaux par précipitation à la chaux (B : eau brute ; T : eau traitée)

Eau

Traitement à la chaux

Dose

optimale

Paramètres

TH

(°F)

TAC

(°F)

Ca2+

(mg/l)

Mg2+

(mg/l)

pH CE

(mS/cm)


M'Ziraa 300 55 40,5 17,5 6,4 112 120 64,8 25,2 7,5 10 ,5 1,2 1,3

Robinet 350 107,5 72,5 23 3,5 192 184 142,8 63,6 7,1 10,3 4 3,4

F1 400 78,5 57 15 3,8 153,6 184 96,2 26,4 7,8 10,5 3,5 2,7

On comparant la dose optimale de chaux obtenue par les essais expérimentaux aux doses

théoriques calculées (Figure 25), nous pouvons conclure qu’elles sont toutes assez élevées et

la dose expérimentale est moins élevée par rapport à celle calculée en utilisant un excès de

chaux (nécessaire pour la précipitation du CaCO3 et du Mg(OH)2. Ceci revient aux

caractéristiques physico-chimiques de chaque eau.


48

Figure 25: Comparaison entre la dose théorique de chaux et la dose expérimentale nécessaire

pour l’adoucissement de chaque eau.

Selon les résultats expérimentaux réalisés par Medfouni (2007) sur les eaux albiennes de Sidi

Mahdi- Touggourt, les teneurs en calcium passent de 273,19 mg/l avant traitement à la teneur

de 257,794 mg/l en utilisant la chaux éteinte (Ca(OH)2). Ainsi, la dureté total passe seulement

de 1120,8 à 835,05 mg/l de CaCO3pourl'hydroxyde de calcium (Tableau 14). Medfouni

(2007) a constaté que ce procédé est par conséquent ne doit pas être la bonne solution aux

problèmes d’entartrage auxquels est confronté la région de l’Oued R’hir. De ces résultats il est

décidé d’orienter le traitement de la dureté des eaux de la région étudiée avec du carbonate de

sodium.


Ca(OH)2(Medfouni, 2007)

Eléments Unité Eaux brute Eau traitée à la chaux

Ca2+

mg/l

273,19 257,79

Mg2+

106,31 102,14

HCO3- 157 ,14 19,76

pH - 8,02 8,90

Conductivité µS/cm 3300 3340

Dureté °F 112,08 83,51

0

100

200

300

400

500

600

700


Do

se d

e ch

aux (

mg/l

)

Ca(OH)2 (mg/l) Ca(OH)2 (mg/l)

Ca(OH)2 (mg/l)


49

Diafi (2015), a fait la même remarque après avoir réalisé des essais de précipitation chimique

à la chaux sur une eau de forage d’Ain El Houtz –Tlemcen. La dureté totale de l’eau brute a

passé de 53,75 °F à 34,93 °F.

Les essais réalisés par Bouchahm et al (2016) sur l’eau de forage Boukhalfa, qui alimente la

zone sud d’El Alia-Biskra, ont montré également que le TH de cette eau a passé de 128 °F à

68 °F avec un rendement d’élimination de 46,87 %. Avec 200 mg de chaux, on a obtenu un

rendement de 80 % pour le magnésium.

II .2.4 Essais d’adoucissement par Na2CO3

II .2.4.1 Détermination de la dose Théorique de Na2CO3

La dose théorique de Na2CO3 pour réaliser un adoucissement efficace est donnée par la

formule (Ouali, 2001):

Dose de Na2CO3 (en mg/l) = 10,6(TH-TAC) (TH et TAC en °F)

= 53 (TH-TAC) (TH et TAC en méq/l)

On utilisant les résultats d’analyse, on a déterminé la dose de Na2CO3 pour chaque eau comme

suit:

Eau de M’Ziraa : 490,57 mg/l.

Eau du robinet : 864,77 mg/l.

Eau du forage Oued El Hai (F1) : 594,43 mg/l.

Il semble également, comme dans le cas de la chaux, que ces doses sont élevées.

II.2.4.2 Résultats et discussion des essais expérimentaux


bécher de 500 ml, des doses variables de carbonates de sodium. Après décantation nous avons


26.


50

Figure 26: Evolution des paramètres de qualité de l’eau en fonction de la dose de carbonate

de sodium introduite.

0

20

40

60

80

100

120

0 100 200 300 400 500 600

Par

amèt

re


Eau de M'Ziraa (Carbonate de sodium)

TH Ca2+

Mg2+ TAC

0

2

4

6

8

10

12

0 100 200 300 400 500

Par

amèt

re


Eau de M'Ziraa (cabonate de sodium)

pH CE

0

50

100

150

200

250

0 100 200 300 400 500 600

Par

amèt

re



TH Ca2+

Mg2+ TAC

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 100 200 300 400 500

Par

amèt

re



pH CE

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 100 200 300 400 500 600

Par

amèt

re



TH Ca2+

Mg2+ TAC

0

2

4

6

8

10

0 100 200 300 400 500

Par

amèt

re



pH CE


51


de ces essais correspondent à la valeur minimale obtenue pour la dureté totale (TH) étant

500mg/l. A l’optimum de traitement de chaque eau (Tableau 15), on peut remarquer que :

Les doses de carbonate de sodium sont assez importantes 500 mg/l.


2+) ont subi une diminution

continuelle avec l’augmentation de la dose de carbonate de sodium, avec un

pourcentage d’élimination qui varie de 23,64 % et 45,80 % pour une dose de 500 mg/l

du réactif. Ce qui signifie que le réactif ajouté réagit avec les ions calcium et

magnésium Ca2+



La diminution de la dureté est accompagnée par une augmentation de la conductivité

de l’eau et du TAC. Ceci s’explique par l’apport du sodiumet des carbonates (sous

forme de Na2CO3).

En revanche le pH de l’eau dépasse 10 (Tableau 15). Cette augmentation du pH pour

les trois eaux nécessitera une neutralisation ultérieure.

Tableau 15: Résultats optima des essais expérimentaux d’adoucissement des eaux par précipitation au carbonate de sodium (B : eau brute ; T : eau traitée).

Eau

Traitement au carbonate de sodium

Dose optimale

Paramètres

TH

(°F)

TAC

(°F)

Ca2+

(mg/l)

Mg2+

(mg/l)

pH CE

(mS/cm)


M'Ziraa 500 55 42 17,5 30,5 112 76,5 64,80 55,1 7,6 9,3 1,2 1,7

Robinet 500 107,5 67,5 23 33 192 94,4 142,8 105,4 7,1 8,5 4 3,9

F1 500 78,5 42,5 15 43,5 153,6 38,8 96,24 78,7 7,8 9 3,5 3,6

En comparant la dose optimale de carbonate de sodium obtenue par les essais expérimentaux

aux doses théoriques calculées (Figure27), nous pouvons conclure qu’elles sont toutes assez

élevées et la dose expérimentale est en moyenne moins élevée par rapport à celle calculée en

utilisant. Ceci revient aux caractéristiques physico-chimiques de chaque eau.


52

Figure 27: Comparaison entre la dose théorique de Na2CO3 et la dose expérimentale

nécessaire pour l’adoucissement de chaque eau.

Selon les travaux de Medfouni (2007) l’application du traitement sur une eau souterraine de

Sidi Mahdi- Touggourtparaddition de carbonate de sodium a montré une très bonne efficacité

comparativement au traitement à la chaux. Le rendement d’élimination de la dureté est

supérieur à 57 %. Cependant, il faut noter que le Na2CO3 a ajouté à l’eau traitée plus de 255

mg/l de sodium à la teneur initiale dans l’eau (394 mg/l). A noter également que la

conductivité a passé de 3300µS/cm avant traitement à 3840 µS/cm après traitement.

II.2.5 Comparaison entre les deux procédés d’adoucissement

II.2.5.1 Dose des réactifs et qualité des eaux

On faisant une comparaison entre les résultats obtenus par les deux réactif Ca(OH)2 et

Na2CO3 il semble évident que les doses nécessaires pour aboutir à un traitement optimal de la

dureté de l’eau sont importantes et plus élevées dans le cas du traitement avec le carbonate de

sodium (Figure 28).

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000


Do

se d

e N

a2C

O3

(m

g/l

)

Na2CO3 (mg/l) Na2CO3 (mg/l)


53

Figure 28: Comparaison entre les doses des réactifs utilisés pour le traitement.

L’utilisation de chaque réactif pour réduire la dureté de l’eau a touché d’autres paramètres de

qualité (Tableau 16):

TH : Diminution sensible du TH avec une légère efficacité du carbonate de sodium par

rapport à la chaux.

Ca2+

: Diminution remarquable du calcium avec une plus grande efficacité du carbonate de

sodium par rapport à la chaux.

Mg2+

: Diminution remarquable du magnésium avec une plus grande efficacité de la chaux

par rapport au carbonate de sodium.

pH et conductivité : L’apport de la chaux permet d’atteindre des pH plus basique qu’on

utilisant le Na2CO3 par contre la conductivité électrique finale de l’eau est moins élevée.

Na+ : possibilité d’un apport élevé en ions Na+

après traitement au carbonate de sodium. Ce

qui n’est pas favorable pour les eaux déjà chargées en cet élément.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Chaux seule Excès de chaux Essais

expérimentaux

Dose théorique Essais

expérimentaux

Ca(OH)2 (mg/l) Na2CO3 (mg/l)

Do

se (

mg/l

)



54

Tableau 16: Comparaison entre les paramètres de qualité avant et après traitement.

Paramètre

Eau de M’Ziraa Eau de robinet Eau forage F1

Eau

brute Chaux

Carbonate

de sodium

Eau

brute Chaux

Carbonate

de sodium

Eau

brute Chaux

Carbonate

de sodium

TH (F°) 55 40,5 42 107,5 72,5 67,5 78,5 57 42,5

Ca+2

(mg/l) 112 120 76,5 192 184 94,4 153,6 184 38,8

Mg2+

(mg/l) 64,8 25,2 55,1 142,8 63,6 105,4 96,2 26,4 78,7

TAC (°F) 17,5 6,4 30,5 23 3,5 33 15 3,8 43,5

pH 7,6 10,5 9,3 7,1 10,3 8,5 7,6 10,5 9,3

CE (mS/cm) 1,2 1,3 1,7 4 3,4 3,9 3,5 2,7 3,6

II.2.5.2 Volume des boues produites

Comme on l’a décrit dans le chapitre 1 de cette partie expérimentale, pour chaque eau nous

avons réalisé:

Un essai d’adoucissement par précipitation chimique à la chaux ([Ca(OH)2] = 350 mg /l )

Un essai d’adoucissement par précipitation chimique au carbonate de sodium ([Na2CO3] =

500 mg /l.

Après coagulation-floculation, chaque eau a été laissée en décantation dans des éprouvettes de

500 ml pendant 30 minutes. Le volume des boues dans chaque éprouvette a été noté après le

temps de décantation (Tableau17). Nous avons constaté que les boues produites par

précipitation chimique à la chaux étaient plus denses par rapport à celles produites par le

carbonate de sodium (Figure23). En plus, elles sont plus volumineuses.

Tableau 17: Comparaison entre les boues produites par les deux traitements.

Eau

Rendement

d’élimination

de la dureté

TH en %

La chaux (Ca(OH)2) Rendement

d’élimination

de la dureté

TH en %

Carbonate de sodium

(Na2CO3)

Dose

introduite

(mg/l)

Volume

de boues

(ml)

Dose

introduite

(mg/l)

Volume

de boues

(ml)

M'Ziraa 26,36 350 18 23,64 500 2

Robinet 32,86 350 22 37,21 500 2,2

F1 24,84 350 14 45,85 500 2,5


55

La boue ainsi produite est stable et très peu coûteuse en termes de traitement, opération ou

maintenance. Les boues produites dans le cas de l’utilisation de Ca(OH)2, contrairement aux

boues d'un procédé par précipitation du Na2CO3sont concentrées (teneur en solides de 90 %).

Elles peuvent être recyclées et utilisées par l'industrie (comme produit de départ pour la

fabrication de matériau de construction). Une telle valorisation est courante aux Pays Bas et

au Royaume Uni par exemple (Mange, 2008).

II.3 Conclusion

Les essais d’adoucissement que nous avons réalisés ont été consacrés au traitement de

trois eaux souterraines de la région de Biskra. Les réactifs utilisés individuellement sont la

chaux et le carbonate de sodium.

Les résultats obtenus ont montré que l’efficacité d’adoucissement de chaque réactif dépond de

plusieurs paramètres. Le suivi de la qualité des eaux après traitement a permis d’aboutir aux

résultats suivants:

L’adoucissement de ces eaux nécessite de fortes doses de réactif ce qui peut aboutir à

des volumes de boues consistants en fin de traitement. Ce résultat est plus remarquable

dans le cas du traitement à la chaux.

L’élimination du TH est satisfaisante. Cette élimination est accompagnée par une

diminution de la teneur en calcium et en magnésium. Elle sera plus remarquable par

utilisation de la chaux si la dureté est carbonatée et par utilisation du carbonate de

sodium si elle est permanente.

Le pH final des eaux traitées est assez élevé. Ce qui nécessite un réajustement en fin

de chaque traitement.

La conductivité électrique de l’eau peut augmenter légèrement particulièrement en

utilisant le carbonate de sodium. Vue l’apport des ions Na+. Ce qui n'est pas bénéfique

pour le traitement des eaux dures et fortement chargées en sodium.

Pour les eaux de cette région, il serait préférable de combiner l’utilisation de la chaux

et du carbonate de sodium pour éliminer à la fois la dureté temporaire et permanente.


56


L’objectif de notre étude a été de tester un traitement de réduction la dureté des eaux

souterraines de la région de Biskra, afin de donner une solution adéquate qui tient en compte

l’aspect économique et des effets néfastes.

Le procédé choisi est l’adoucissement par précipitation chimique à la chaux et par utilisation


Notre travail a été commencé par la présentation d’un état de connaissance sur les

ressources en eau dans la région de Biskra ainsi que sur la qualité physico-chimiques de ses

eaux. Il semble que d’une façon générale, les caractéristiques minérales des eaux de la région

d’étude sont apparues globalement médiocres avec des valeurs non-conformes aux normes de

potabilité, notamment en ce qui concerne les nappes les plus exploitées (Nappes du complexe

terminal). La plupart de ces eaux sont très dures. Les eaux durent posent des problèmes

de biofilms, de colmatage de conduites d'eau, tuyauteries et matériels domestiques

(chaudières, machines à laver, fers à repasser…) et lavent un peu moins bien les textiles (car

moussant moins).

La réduction de la dureté (l’adoucissement) des eaux de consommation peut être

effectuée par échange ionique, en utilisant les résines, des procédés membranaires comme

l’osmose inverse et par précipitation chimique on utilisant la chaux, le carbonate de sodium

ou la soude caustique.

L’étude expérimentale que nous avons réalisée a été structurée en deux chapitres.

Nous avons commencé par la description de la préparation des solutions, les caractéristiques

des réactifs utilisés, les caractéristiques physico-chimiques des eaux souterraines que nous

avons utilisées pour les essais d’adoucissement et les méthodes de dosage. Nous avons

également décri les différentes étapes des essais de précipitation chimique.

Les résutats des essais expérimentaux nous ont montré que:

Les doses de chaux ou du carbonate de sodium nécessaires pour atteindre une valeur

résiduelle minimale de la dureté sont assez importantes.

Dans le cas du traitement à la chaux, la dureté de l’eau ainsi que ces paramètres (Ca2+ et

Mg2+) ont subi une faible diminution, avec un pourcentage d’élimination qui varie de

26,36% et 32,56%. Ce qui signifie que la dureté dominante de ces eaux est en majorité



57

non carbonatée. La diminution de la dureté est accompagnée par la diminution de la

conductivité de l’eau et du TAC. En revanche le pH de l’eau dépasse 10.

Dans le cas du traitement par utilisation du carbonate de sodium, la dureté de l’eau ainsi

que ces paramètres (Ca2+

et Mg2+

) ont subi une diminution continuelle avec l’augmentation

de la dose de carbonate de sodium, avec un pourcentage d’élimination qui varie de 23,64

% et 45,80 % pour une dose de 500 mg/l du réactif. Ce qui signifie que le réactif ajouté

réagit avec les ions calcium et magnésium Ca2+



La diminution de la dureté est accompagnée par une augmentation de la conductivité de

l’eau et du TAC. Ceci s’explique par l’apport du sodium et des carbonates (sous forme de

Na2CO3). Ce qui n’est pas bénéfique pour les eaux initialement chargées en ions Na+. En

revanche le pH de l’eau dépasse 10. Cette augmentation du pH pour les trois eaux

nécessitera une neutralisation ultérieure.

Les boues produites par précipitation chimique à la chaux étaient plus denses par rapport à

celles produites par le carbonate de sodium. En plus, elles sont plus volumineuses.

Pour les eaux de cette région, il serait préférable de combiner l’utilisation de la chaux et du

carbonate de sodium pour éliminer à la fois la dureté temporaire et permanente.

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http://www.comap.fr/

Annexe

Annexe 1 Procédé par addition de la chaux seulement

62

Procédé par addition de la chaux seulement

Calcul de la dose théorique de la dose de chaux

Note: Le calcul a été réalisé en suivant le protocole expliqué par Desjardins (1997).

a) Calcul de la dose théorique de la dose de chaux - Eau de M’Ziraa

1. Diagramme de barre Eau brute de M’Ziraa

0 280 545,57 669,48 674,61

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

HCO3- SO4

2- Cl

-

0 175 591,67 767,67

2. Addition de chaux

175 0 280 545,57 669,48 674,61

Ca2+

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

OH- HCO3

- SO4

2- Cl

-

175 0 175 591,67 767,67

3. Transformation des bicarbonates et en carbonates

175 0 280 545,57 669,48 674,61

Ca2+

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

CO32-

CO32-

SO42-

Cl-

175 0 175 591,67 767,67

4. Précipitation

175 0 135 280 545,57 669,48 674,61

Ca2+

Ca+2

Ca+2 Mg2+

Na+ K

+

CO32-

CO32-

CO32-

SO42-

Cl-

175 0 135 175 591,67 767,67


63

5. Eau intermédiaire

0 145 410,57 534,48 539,61

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

CO32-

SO42-

Cl-

0 40456,67 632,67

6. Addition du CO2 pour stabiliser le CaCO3

40 0 145 410,57 534,48 539,61

CO2

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

CO32-

SO42-

Cl-

40 0 40 456,67 632,67

CaCO3 + CO2 + H2O Ca(HCO3)2 Soluble

7. Eau finale

0 145 410,57 534,48 539,61

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

HCO3- SO4

2- Cl

-

0 40 456,67 632,67

8. Conclusion: L’ajout de la chaux seul permet de réduire la dureté totale de l’eau de

M’Ziraade 550 mg/l (CaCO3) (55°F) à 410,57 mg/l de CaCO3 (41 °F) pour ce faire en doit

utiliser 175 mg/l de CaCO3 de Ca(OH)2. ce qui est équivalent à une dose de 129,5 mg/l de

chaux. et 40 mg/l de CaCO3 de CO2


64

b) Calcul de la dose théorique de la dose de chaux - Eau du robinet

1. Diagramme de barre eau du robinet

0 480 1065,26 2480,48 2492,02

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

HCO3- SO4

2- Cl

-

0 229,51 823,26 2058,78


229,51 0 480 1065,26 2480,48 2492,02

Ca2+

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

OH- HCO3

- SO4

2- Cl

-

229,51 0 229,51823,262058,78

3. Transformation des bicarbonates en carbonates

229,51 0 480 1065,26 2480,48 2492,02

Ca2+

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

CO32-

CO32-

SO42-

Cl-

229,51 0 229,51 823,26 2058,78

4. Précipitation

229,51 0 189,51 480 1065,26 2480,48 2492,02

Ca2+

Ca+2

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

CO32-

CO32-

CO32-

SO42-

Cl-

229,51 0 189,51 229,51 823,26 2058,78


0 290,49 875,75 2290,97 2302,51

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

CO32-

SO42-

Cl-

0 40 633,75 1869,27


65


40 0 290,49 875,75 2290,97 2302,51

CO2 Ca

+2 Mg

2+ Na

+ K

+

CO32-

SO42-

Cl-

40 0 40 633,75 1869,27


7. Eau finale

0 290,49 875,75 2290,97 2302,51

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

HCO3- SO4

2- Cl

-

0 40 633,75 1869,27


robinet de 1065,26 mg/l (CaCO3) (106,5°F) à 875,75 mg/l de CaCO3 (87,6 °F) pour ce

faire en doit utiliser 229,51 mg/l de CaCO3 de Ca(OH)2ce qui est équivalent à une dose de

169,83 mg/l de chaux. et 40 mg/l de CaCO3 de CO2.


66

c) Calcul de la dose théorique de la dose de chaux - Eau Forage F1 (Oued El Hai)

1. Diagramme de barre Eau Forage F1 (Oued El Hai)

0 384 778,43 2102,35 2112,61

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

HCO3- SO4

2- Cl

-

0 150 691,67 1730,08


150 0 384 778,43 2102,35 2112,61

Ca+2

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

OH- HCO3

- SO4

2- Cl

-

150 0 150 691,67 1730,08


150 0 384 778,43 2102,35 2112,61

Ca+2

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

CO32-

CO32-

SO42-

Cl-

150 0 150 691,67 1730,08

3. Précipitation

150 0 110 384 778,43 2102,35 2112,61

Ca+2

Ca+2

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

CO32-

CO32-

CO32-

SO42-

Cl-

150 0 110 150 691,67 1730,08


0 274 668,43 1992,35 2002,61

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

CO32-

SO42-

Cl-

0 40 581,67 1620,08


67


40 0 274 668,43 1992,35 2002,61

CO2 Ca

+2 Mg

2+ Na

+ K

+

CO32-

SO42-

Cl-

40 0 40 581,67 1620,08


6. Eau finale

0 274 668,43 1992,35 2002,61

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

HCO3- SO4

2- Cl

-

0 40 581,67 1620,08

7. Conclusion: L’ajout de la chaux seul permet de réduire la dureté totale de l’Eau Forage

F1 (Oued El Hai) de 778,43 mg/l (CaCO3) (78°F) à 668,43 mg/l de CaCO3 (67 °F) pour ce

faire en doit utiliser 150 mg/l de CaCO3 de Ca(OH)2ce qui est équivalent à une dose de

111mg/l de chaux. et 40 mg/l de CaCO3 de CO2


62

Procédé par addition de la chaux seulement

Calcul de la dose théorique de la dose de chaux

Note: Le calcul a été réalisé en suivant le protocole expliqué par Desjardins (1997)

a) Calcul de la dose théorique de la dose de chaux - Eau de M’Ziraa


0 280 545,57 669,48 674,61

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

HCO3- SO4

2- Cl

-

0 175 591,67 767,67


175 0 280 545,57 669,48 674,61

Ca2+

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

OH- HCO3

- SO4

2- Cl

-

175 0 175 591,67 767,67

3. Transformation des bicarbonates et en carbonates

175 0 280 545,57 669,48 674,61

Ca2+

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

CO32-

CO32-

SO42-

Cl-

175 0 175 591,67 767,67

4. Précipitation

175 0 135 280 545,57 669,48 674,61

Ca2+

Ca+2

Ca+2 Mg2+

Na+ K

+

CO32-

CO32-

CO32-

SO42-

Cl-

175 0 135 175 591,67 767,67


63


0 145 410,57 534,48 539,61

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

CO32-

SO42-

Cl-

0 40456,67 632,67


40 0 145 410,57 534,48 539,61

CO2

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

CO32-

SO42-

Cl-

40 0 40 456,67 632,67


7. Eau finale

0 145 410,57 534,48 539,61

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

HCO3- SO4

2- Cl

-

0 40 456,67 632,67


M’Ziraade 550 mg/l (CaCO3) (55°F) à 410,57 mg/l de CaCO3 (41 °F) pour ce faire en doit

utiliser 175 mg/l de CaCO3 de Ca(OH)2. ce qui est équivalent à une dose de 129,5 mg/l de

chaux. et 40 mg/l de CaCO3 de CO2


64

b) Calcul de la dose théorique de la dose de chaux - Eau du robinet

1. Diagramme de barre eau du robinet

0 480 1065,26 2480,48 2492,02

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

HCO3- SO4

2- Cl

-

0 229,51 823,26 2058,78


229,51 0 480 1065,26 2480,48 2492,02

Ca2+

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

OH- HCO3

- SO4

2- Cl

-

229,51 0 229,51 823,26 2058,78


229,51 0 480 1065,26 2480,48 2492,02

Ca2+

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

CO32-

CO32-

SO42-

Cl-

229,51 0 229,51 823,26 2058,78

4. Précipitation

229,51 0 189,51 480 1065,26 2480,48 2492,02

Ca2+

Ca+2

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

CO32-

CO32-

CO32-

SO42-

Cl-

229,51 0 189,51 229,51 823,26 2058,78


0 290,49 875,75 2290,97 2302,51

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

CO32-

SO42-

Cl-

0 40 633,75 1869,27


65


40 0 290,49 875,75 2290,97 2302,51

CO2 Ca

+2 Mg

2+ Na

+ K

+

CO32-

SO42-

Cl-

40 0 40 633,75 1869,27


7. Eau finale

0 290,49 875,75 2290,97 2302,51

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

HCO3- SO4

2- Cl

-

0 40 633,75 1869,27


robinet de 1065,26 mg/l (CaCO3) (106,5°F) à 875,75 mg/l de CaCO3 (87,6 °F) pour ce

faire en doit utiliser 229,51 mg/l de CaCO3 de Ca(OH)2ce qui est équivalent à une dose de

169,83 mg/l de chaux. et 40 mg/l de CaCO3 de CO2.


66

c) Calcul de la dose théorique de la dose de chaux - Eau Forage F1 (Oued El Hai)

1. Diagramme de barre Eau Forage F1 (Oued El Hai)

0 384 778,43 2102,35 2112,61

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

HCO3- SO4

2- Cl

-

0 150 691,67 1730,08


150 0 384 778,43 2102,35 2112,61

Ca+2

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

OH- HCO3

- SO4

2- Cl

-

150 0 150 691,67 1730,08


150 0 384 778,43 2102,35 2112,61

Ca+2

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

CO32-

CO32-

SO42-

Cl-

150 0 150 691,67 1730,08

3. Précipitation

150 0 110 384 778,43 2102,35 2112,61

Ca+2

Ca+2

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

CO32-

CO32-

CO32-

SO42-

Cl-

150 0 110 150 691,67 1730,08


0 274 668,43 1992,35 2002,61

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

CO32-

SO42-

Cl-

0 40 581,67 1620,08


67


40 0 274 668,43 1992,35 2002,61

CO2 Ca

+2 Mg

2+ Na

+ K

+

CO32-

SO42-

Cl-

40 0 40 581,67 1620,08


6. Eau finale

0 274 668,43 1992,35 2002,61

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

HCO3- SO4

2- Cl

-

0 40 581,67 1620,08

7. Conclusion : L’ajout de la chaux seul permet de réduire la dureté totale de l’Eau Forage

F1 (Oued El Hai) de 778,43 mg/l (CaCO3) (78°F) à 668,43 mg/l de CaCO3 (67 °F) pour ce

faire en doit utiliser 150 mg/l de CaCO3 de Ca(OH)2ce qui est équivalent à une dose de

111mg/l de chaux. et 40 mg/l de CaCO3 de CO2

Annexe 2 Traitement avec un excès de chaux

68

Traitement avec un excès de chaux

Calcul de la dose théorique de la dose de chaux en excès

Note: Le calcul a été réalisé en suivant le protocole expliqué par Desjardins (1997).

a) Calcul de la dose théorique de la dose de chaux en excès - Eau de M’Ziraa


0 280 545,57 669,48 674,61

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

HCO3- SO4

2- Cl

-

0 175 591,67 767,67




Dose de chaux à introduire : 490,57 mg CaCO3/l


490,57 0 280 545,57 669,48 674,61

Ca+2

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

OH- HCO3

- SO4

2- Cl

-

490,57 0 175 591,67 767,67


490,57 0 280 545,57 669,48 674,61

Ca+2

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

OH- CO3

2- CO3

2- SO4

2- Cl

-

490,57 175 0 175 591,67 767,67

4. Précipitation de CaCO3

Ca2+

Ca2+

490,57 440,57 0 40 175 280 545,57 669,48 674,61

Ca+2

Ca+2

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

OH- CO3

2- CO3

2- SO4

2- Cl

-

490,57 175 0 40 175 591,67 767,67

CO32-


69

5. Eau intermédiaire après précipitation de CaCO3

0 460,57 726,14 850,05 855,18

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

OH- CO32- SO4

2- Cl

-

0 315,57 355,57 772,24 948,24

6. Précipitation de Mg(OH)2

0 10 265,57 726,14 850,05 855,18

Mg2+ Ca+2

Na+ K

+

OH- CO32- SO4

2- Cl

-

0 103 0 10 15,57 355,57 772,24 948,2

7. Eau intermédiaire après précipitation de Mg(OH)2

0 10 470,57 594,48 599,61

Mg2+

Ca+2

Na+ K

+

OH- CO3

2- SO4

2- Cl

-

0 60 100 471,67 647,67

8. Première carbonatation

On ajoute 50 mg/l de CO2 soit 10 mg/l de moins que pour la concentration de OH- (60 mg/l)

50 0 460,57 470,57 594,48 599,61

CO2 Ca

+2 Mg2+ Na

+ K

+

OH- CO32- SO4

2- Cl

-

50 0 60 100 471,67 647,67


0 50 90 460,57 470,57 594,48 599,61

Ca+2

Ca+2

Ca+2

Mg2+ Na+ K

+

CO32- CO3

2- OH- SO4

2- Cl

-

0 50 90 100 471,67 647,67

Mg2+

OH-


70

10. Deuxième carbonatation

On ajoute 50 mg de CO2 soit 40 mg/l pour transformer CO32-

et 10 mg/l pour transformer les OH-

50 0 410,57 420,57 544,48 549,61

CO2 Ca

+2 Mg2+ Na

+ K

+

CO32- OH-

SO42-

Cl-

50 0 40 10 471,67 647,67

11. Eau finale

0 410,57 420,57 544,48 549,61

Ca+2

Mg2+ Na+ K

+

HCO3- SO4

2- Cl

-

0 50 471,67 647,67

b) Calcul de la dose théorique de la dose de chaux en excès - Eau de robinet

1. Diagramme de barre Eau brute de Robinet

0 480 1065,26 2480,48 2492,02

K+ Na+ Mg2+ Ca2+

Cl- SO42- HCO3-

0 229,51 823,26 2058,78


Magnésium : 585,26mg CaCO3/l


Dose de chaux : 864,77mg CaCO3/l


864,77 0 480 1065,26 2480,48 2492,02


OH- HCO3- SO4

2- Cl-

864,77 0 229,51 823,26 2058,78


864,77 0 480 1065,26 2480,48 2492,02


OH- CO32- CO3

2- SO42- Cl-

864,77 229,51 0 229,51 823,26 2058,78


71


Ca2+

Ca2+

864,77 814,77 0 40 480 1065,26 2480,48 2492,02

Ca2+ Ca2+ Ca2+ Mg2+ Na+ K+

OH- CO32- CO32- SO42- Cl-

864,77 229,51 0 40 229,51 823,26 2058,78

CO32-


0 925,75 1511,01 2926,24 2937,77

Ca2+ Mg2+ Na+ K+

OH- CO32- SO42- Cl-

0 635,26 675,26 1269,01 2504,53


0 10 585,26 11511,01 2926,24 2937,77

Mg2+ Ca2+ Na+ K+

OH- CO32- SO42- Cl-

0 10 635,26 675,26 1269,01 2504,53


0 925,75 935,75 2350,98 2362,52

0 60 100 693,75 1929,27

8. Première carbonatation


50 0 925,26 935,26 2350,98 2362,52

50 0 60 10 0693,75 1929,27


Ca2+ Mg2+ Na+ K+

OH- CO32- SO4

2- Cl-

CO2 Ca2+ Mg2+ Na+ K+

OH- CO32- SO4

2- Cl-

Mg2+

OH-


72

0 50 925,26 935,26 2350,982362,520

050 925,26935,26 2350,98 23620 50 90 100

693,75

10.

euxième carbonatation



50 0 875,26 885,26 2300,98 2312,52

50 0 40 50 693,75 1929,27

11. Eau finale

0 875,26 885,75 2300,90 2312,52

Ca2+ Mg2+ Na+ K+

HCO3- SO4

2- Cl-

0 50 693,75 1929,27

c)Calcul de la dose théorique de la dose de chaux en excès - Eau Forage F1 (Oued El Hai)

1. Diagramme de barre Eau brute Forage F1 (Oued El Hai)

0 384 778,43 2102,35 2112,61

Ca+2

Mg2+

Na+ K

+

HCO3- SO4

2- Cl

-

0 150 691,67 1730,08

Bicarbonates : 150mg CaCO3/l

Magnésium : 394,43mg CaCO3/l


Dose de chaux : 594,43mg CaCO3/l


594,43 0 384 778,43 2102 ,35 2112 ,61


CO32- CO3

2- OH- SO42- Cl-

CO2 Ca2+ Mg2+ Na+ K+

CO32- OH- SO4

2- Cl-


73

Ca2+ Ca2+

Mg2+ Na+

K+

OH- HCO3- SO4

2- Cl-

594,43 0 150 691,67 1730,08

3. Transformation des bicarbontes en carbonates

594,43 0 384 778,43 2102 ,35 2112 ,61

Ca2+ Ca2+

Mg2+ Na+

K+

OH- CO3

2- CO32-

SO42-

Cl-

594,43 150 0 150 691,67 1730,08


Ca2+

Ca2+

(40mg/l)

594,43 544,43 0 150 384 778,43 2102 ,35 2112 ,61

Ca2+ Ca2+

Ca2+ Mg2+

Na+ K+

OH- CO3

2- CO3

2- SO4

2- Cl-

594,43 150 0 150 691,67 1730,08

CO32-(40mg/l)


0 668,43 1062,86 2386,78 2397,04

Ca2+ Mg2+

Na+ K+

OH- CO3

2- SO4

2- Cl-

0 444,43 484,43 1026,1 2064,51


0 10 394,43 1062,86 2386,78 2397,04

Mg2+ Ca2+

Na+ K+

OH- CO3

2- SO4

2- Cl-

0 10 444,43 484,43 1026,1 2064,51


Mg2+

OH-


74

0 668,43 678,43 2002,35 2012,61

Ca2+ Mg2+

Na+ K+

OH- CO3

2- SO4

2- Cl-

0 50 90 631,67 1670,08

8. Recarbonatation


40 0 668,43 678,43 2002,35 2012,61

CO2 Ca2+

Mg2+ Na+

K+

OH- CO3

2- SO4

2- Cl-

40 0 50 90 631,67 1670,08


0 40 668,43 678,43 2002,35 2012,61

Ca2+ Ca2+

Mg2+ Na+

K+

CO32-

CO32-

OH- SO4

2- Cl-

0 40 80 90 631,67 1670,08

10. Deuxième carbonatation



50 0 628,43 638,43 1962,35 1972,61

CO2 Ca2+

Mg2+ Na+

K+

CO32-

OH- SO4

2- Cl-

50 0 40 50 591,67 1630,08

11. Eau finale

0 628,43 638,43 1962,35 1972,61

Ca2+ Mg2+

Na+ K+

HCO3- SO4

2- Cl-

0 50 591,67 1630,08

Partie bibliographique Chapitre 2 : Impact des eaux dures sur la santé et

les ouvrages hydrauliques et procèdes d'adoucissement

1

II .1 Introduction

Le corps humaine a besoin d'apports quotidiens en calcium et en magnésium, provenant de

l'eau de boisson et des aliments.

Par contre si l'eau est dure fortement chargée en calcium et de magnésium, cela peut entrainer

des inconvénients: dépôts de calcaire dans les réseaux de distribution, les chaudières et les

machines à laver, dépenses supplémentaires en énergie, risque de développement bactérien,

risque de dissolution de plomb des canalisations, d’où la nécessite d'adoucir l'eau pour enlever

une partie de sa dureté (Degrèment, 1989; Desjardins, 1997).

Pour réduire la dureté de l'eau il y'a plusieurs méthodes comme l'échange d'ion, les procédés

membranaires (l'osmose inverse, l’éléctrodialyse, la nano filtration,…) et l'adoucissement par

précipitations chimique.

Au cours de ce chapitre nous allons donner une idée sur la définition de la dureté de l’eau, les

types de la dureté, les risques provoqués par les eaux dures ainsi que les normes de potabilité

concernant ce paramètre. Une synthèse bibliographique sera également présentée sur les

procédés existants à l’échelle industrielle pour la réduction de la dureté de l’eau.

II.2 Dureté de l'eau

II.2.1 Définition

Une eau est dite dure lorsqu'elle est fortement chargée en ions calcium (Ca2+

) et magnésium

(Mg2+

) et par opposition une eau douce lorsque contient peu de ces ions. En pratique on

considère souvent que la dureté totale (TH) d'une eau de consommation est égale à la somme

de sa dureté calcique et la dureté magnésienne:

TH= [Ca2+

] + [Mg2+

]

La dureté de l’eau brute est uniquement dépendante de la nature de la géologie traversée. Lors

que l’eau traverse des roches carbonatées (Calcaires primaires, craies du crétacé….) ou dont

un des composants est carbonates (grés calcarifères). Elle varie donc en fonction de la nature

de la région d’où provient l’eau (Tardat-henry et Beaudry, 1984 ; Rodier et al, 1996).



2

La dureté de l’eau s’exprime en degré français (F°), un degré français de dureté correspond à

une teneur en calcium et magnésium équivalente à10mg de carbonate de calcium (CaCO3) par

litre. C’est à dire : 1 F° = 10 mg de CaCO3/l ( Rodier et al, 1996).

II.2.2 Types de la dureté

La dureté de l’eau correspond aux ions calcium Ca2+

(dureté calcique) et de magnésium Mg2+

(dureté magnésienne) liées en anions étranges (CO32-

, SO42-

). Il peut être parfois important de

connaitre la dureté calcique ou la dureté magnésienne d'une eau. par exemple: pour le calcul

de la quantité de chaud nécessaire dans les procèdes d’adoucissement par addition d'un excès

de chaux ou par addition d'un excès de chaux et de soude (Desjardin, 1997).

Les ions calcium et magnésium sont positifs, donc dans l'eau ils peuvent se lier à d'autres ions

négatifs, de ce fait on peut diviser la dureté en deux catégories :

-Dureté carbonatée ou temporaire (TH(temp)): elle disparait après l'ébullition. Elle

correspond aux carbonates et bicarbonates de calcium et de magnésium (Tardat-henry et

Beaudry, 1984).

TH(temp)=TH - THpsi TH <THp

-Dureté non carbonatée ou permanente (THp): Elle subsiste après l’ébullition de l’eau

dans les conditions standardisées. Elle correspond aux chlorures et aux sulfates de calcium et

de magnésium (Tardat-henry et Beaudry, 1984).

THp = TH-TAC si TH> TAC

II.2.3 Conséquences de la dureté

II.2.3.1 Impacte de la dureté sur la santé

La dureté n'a pas d’effet négatif sur la santé humaine. Son effet sur les calculs aux reins relève

uniquement du mythe populaire.

Par contre une série d’études laisse sous – entendre une relation inverse entre l’occurrence des

maladies cardio- vasculaires et la dureté de l’eau. Les principales conclusions du symposium

de Baltimore (mai 2006) organisé par l’organisation mondiale de la sante et intitule "Heath

Aspects of calcium Magnésium in Drinking Water " indiquent que le seul effet bénéfique sur



3

la santé scientifiquement démontre suite à la consommation d'une eau riche en calcium et

magnésium est la diminution de la mortalité en cas d’accidents cardio-vasculaire. D’autre

études sont actuellement en cours. L’OMS ne mentionne d'ailleurs pas de recommandation en

ce qui concerne la dureté de l’eau, ni minimales, ni maximales (Prevedello, 2006).

II.2.3.2 Impact de la dureté sur les utilisations domestiques

L'utilisation domestique des eaux dures pose les principaux problèmes suivants :

Consommation d'énergie.

consommation de lessive.

Entartage des appareils et des canalisations d'eau (Figure 3).

Figure 3: Entartrage des appareils et des canalisations d’eau (www.google.com).

II.2.3.3 Formation de tartre

Les ions calcium peuvent sous certaines conditions (chaleur, dégazage … ) se combiner avec

les ions hydrogénocarbonates (HCO3+) pour constituer le carbonate de calcium (CaCO3)

solide aussi appelé calcaire ou tartre.



4

Ce solide se fixe naturellement sur les parois (tuyauteries, résistances de chauffe, ballons

d’eau chaude, robinetterie) et réduit les échanges thermiques, conduisant à des

surconsommations énergétiques, des vieillissements prématurés des appareils et installations

favorisant également les développements bactériens sous les couches de tartre (exemples:

légionnelles).

II.2.3.3 Paramètres de l’entartage

Il existe quelques paramètres qui contribuent à la précipitation des sels, ces paramètres sont

les suivants (Rosset et al, 1996 ; Koriba, 2007):

Présence de sels de calcium et, dans une moindre mesure, de magnésium dans l’eau

est le premier facteur qui contribue au caractère entartant de l’eau.

La température de l’eau: La réaction chimique qui provoque la précipitation du

carbonate de calcium est largement favorisée par l’élévation de la température.

Influence de la nature de la canalisation: Dans le cas des eaux moyennement ou peu

entartant, le cuivre peut empêcher l’apparition des premières traces de tartre et bloquer

ainsi le développement naturel du processus d’entartage.

II.2.3.4 Conséquences de l'entartage

Les conséquences d’un entartage sont (Roque, 1990):

Hydrauliques

Bactériologiques

Technologiques

a) Conséquences hydrauliques

L’accumulation d'une épaisseur de tartre dans les équipements conduit à une diminution des

sections de passage. Cela occasionnera une augmentation de la résistance hydraulique des

réseaux ce qui conduira dans tous les cas à une augmentation de la dépense énergétique des

pompages dans le cas des réseaux fermes ou sous pression (Roque, 1990).



5

b) Conséquences bactériologiques

Il a été montré que les réservoirs, les réseaux et les points de puisage des réseaux d'eau chaude

pouvaient, s’ils étaient entartrés, être favorables à l’accueille et à la prolifération de

Legionella. En particulier les pommes de douche entartrées ont une section de passage plus

faible. La production d'aérosols est augmentée et donc le risque d'inhalation est augmenté.

Ceci conduit à des opérations régulières de détartrage nécessaires avant toute désinfection

(Roque, 1990).

c) Conséquences technologiques

On peut citer l'alourdissement des structures porteuses des tours de refroidissement comme les

réservoirs. Mais aussi l’alourdissement des équipements internes qui rendent plus difficile

leur manutention: les épaisseurs de tartre peuvent même amener à ne plus pouvoir sortir les

épingles de réchauffage de ballons de production d’eau chaude. L'entartage peut aussi avoir

pour conséquences (Degrèment, 1989) :

-Le blocage des organes de manœuvre des robinetteries.

-L'impossibilité d'obtenir l'étanchéité siège-clapet des robinetteries.

-Le blocage des soupapes de sécurité.

-La diminution du volume utile des réservoirs.

-La dégradation des états de surface des appareils.

-L' augmentation dans de forte proportion des dépôts entrainent une augmentation de la

résistance thermique des parois des échangeurs et donc une diminution du coefficient

d'échange.

II.2.4 Normes de potabilité vis-à-vis de la dureté de l’eau

Vue les conséquences de l’utilisation des eaux dures dans les différents domaines de la vie de

l’être humain. Il est devenus une nécessité de se préconisé d’une eau dont la teneur de la

dureté totale et de ces paramètres est conforme aux normes.

Les normes de qualité des eaux destinées à la consommation humaine suivant le journal

officiel de la république Algérienne qui date du 09 Mars 2014 sont présentés dans le tableau 8

suivant (extrait du tableau 3, chapitre I).



6

Tableau 8: Valeurs limites des paramètres de la dureté de l’eau.

Valeur limite

Paramètre

(OMS, 2006) (JORA, 2014)

100 200

Calcium

(Ca2+

)(mg/l) Non indiquée par JORA et OMS.

On adopte 50 mg/l selon CEE (1975) Magnésium

(Mg2+

)(mg/l)

20 50 TH (°F)

II.3 Procèdes d'adoucissement des eaux

L'adoucissement concerne la réduction des duretés carbonatées et non carbonatées.

Selon le procédé utilisé, nous aurons donc:

Une diminution de la dureté totale (TH) et du TAC (exprimant principalement les

carbonates et bicarbonates).

Une diminution des sels de calcium et de magnésium (diminution du TH, le TAC ne

change pas).

Plusieurs procédés (physiques et chimiques) sont actuellement disponibles pour résoudre le

problème d’entartrage.

Les techniques d’adoucissement font appel à trois procédés, à savoir la décarbonatation qui

n’élimine que les ions calcium et magnésium liés aux bicarbonates. Il s’agit alors d’un

adoucissement partiel, et l’adoucissement total qui élimine l’ensemble des ions calcium et

magnésium mais sans modifier l’alcalinité de l’eau.

Le troisième procédé est représenté par la nano filtration qui élimine partiellement les ions

calcium, magnésium et bicarbonates; parmi les procédés de décarbonatation on trouve: la

décarbonatation à la chaux, la décarbonatation à la soude, la décarbonatation sur résines

échangeuses d’ions du type cationique carboxylique, régénérée par une solution de chlorure

de sodium (Memotec n°01, 2006).



7

II.3.1 Echange ionique

On utilise des résines qui sont des substances insolubles comportant dans leur structure

macroporeuse des ions positifs ou négatifs. Elles se présentent dans la majorité des cas sous

forme de billes (Figure 4). Elles ont la capacité de permuter, sans modification physique et

sans altération, leurs ions A contre des ions B de même signe se trouvant dans l’eau brute.

Figure 4: Résines utilisées dans le domaine de l’adoucissement des eaux (www.google.com).

Dans le cas d’une eau dure, deux résines peuvent être employées en fonction de la

composition initiale de l’eau et des objectifs de traitement attendus.

-Les résines d’adoucissement: ces résines échangent leurs ions sodium (Na+), contre les ions

calcium (Ca2+

) et magnésium (Mg2+

) (Figure 5). Elles sont donc privilégiées dans le cas

d’eaux peu chargées en ions sodium (SOFTAZUR Tm

R).

L’eau dure passe sur un lit de résine cationique, préalablement chargée de sodium (Na+) qui

échange les ions calcium (Ca2+

) et magnésium (Mg2+

) responsables de la dureté de l’eau,

contre des ions de sodium (Na+) (Memotec n°6, 2006).

-Les résines de décarbonatation: ces résines échangent leurs ions H+, contre les ions Ca

2+,

Mg2+

et Na+. On parle de décarbonatation car la recharge d’ions H+

permet également de

réduire les ions bicarbonates (SOFTAZUR Tm

R).

Figure 5: Schématisation du principe d’adoucissement d’une eau par utilisation des résines

(www.comap.fr).

http://www.google.com/




8

Au fur et à mesure du passage de l'eau, les résines se saturent en calcium et en magnésium.

L'adoucisseur nécessite alors une "régénération " de façon à recharger ses résines en ions

sodium à partir d'une solution de chlorure de sodium ou saumure (sel et eau) qu’il puise dans

le bac à sel (Figure 6).

Figure 6: Schématisation du principe d’adoucissement d’une eau par utilisation des résines

(www.comap.fr).

Bien que relativement facile à mettre en œuvre, car totalement automatisable, l'utilisation des

résines comporte certains inconvénients, dont notamment (Memotec n°6, 2006):

La nécessite de traiter une eau exempte de matières organique, car celles-ci peuvent

entraver les échanges ioniques.

Le risque de précipiter le fer et le manganèse, ce qui conduit à un empoisonnement des

résines.

Le devenir des éluas de régénération qui sont très concentrés.

II.3.1.1 Adoucisseur d’eau à l’échelle industriel

L’adoucisseur est un appareil branché sur la canalisation d’arrivée d’eau (Figure 7) et

comprend (www.Lenntech.fr):

– Un ou plusieurs réservoirs contenant les résines.

– Un bac à sel où est élaborée la saumure.

– Une tête de contrôle commandant l’alternance automatique des phases d’adoucissement et

de régénération.




9

Figur 7: Résines échangeuses d’ions utilisées dans l’adoucissement des eaux.

(Google image)

II.3.1.2 Avantages et inconvénients de l’utilisation d’une eau adoucie par résine

L’adoucisseur à résine protège les équipements contre les méfaits du tartre, prolonge la durée

de vie des tuyaux des chaudières et de tout autre appareil. Par contre, l'eau adoucie favorise la

corrosion des installations et n’est pas destinée pas pour un usage alimentaire et nécessite des

contrôles réguliers (Diafi, 2015).

II.3.2 Osmose inverse

Les procèdes membranaires (ultrafiltration, microfiltration, la nano filtration, l’électrodialyse

et osmose inverse) prennent une place importante et semblent être la technologie du futur

pour ce type de traitement. En effet, ces procèdes présentent les avantages suivants par

rapport aux autres procèdes (Belkcemi et al, 2003):

Pas d’ajouts d'additifs chimiques et absence de boue.

Réduction des frais d'exploitation (énergie, main d'œuvre).

Encombrement réduit.

Possibilité d'exploitation automatique des procèdés.

Bien que ces technique aient connu un développement industriel, leur essor est ralenti par les

phénomènes intrinsèques aux techniques membranaires, du cout élève des membranes, de la

polarisation et du colmatage des membranes (www.lenntech.fr).

II.3.2.1Osmose inverse

http://www.lenntech.fr/



11

II.3.2.1 Principe de l'osmose inverse

Lorsque l’on place une membrane semi-perméable entre deux compartiments remplis

d’eau de concentration en sels dissous différents, les molécules d’eau ont tendance à migrer

de l’eau la moins concentrée vers la plus concentrée de façon à diminuer sa salinité.

Le phénomène est appelé « osmose directe ». Cette migration s’arrête lorsque la différence

des niveaux des deux compartiments a atteint une valeur correspondant à la pression

osmotique π (Figure 8). Pour réduire la concentration en sels dissous d’une eau il suffit de lui

appliquer une pression supérieure à la pression osmotique afin de forcer les molécules d’eau à

travers la membrane semi-perméable. Il s’agit alors d’osmose inverse (Figure 8) (Memotec

N° 37, 2006).

Figure 8: Principe de l’osmose directe et de l’osmose inverse (Memotec N° 37, 2006).

Ce procédé abouti à de très bons résultats, car il peut éliminer de 95 à 99% des particules

solides dissoutes et 99% des micro-organismes (www.lenntech.fr).

Selon Aouaichia (2018), au niveau du complexe sidérurgique d’El Hadjar– Annaba on

dispose de deux installations d’adoucissement alimentant les chaudières:

- Installation d’osmose inverse alimentant la chaudière de la zone Est du complexe.

- Installation d’adoucissement par résine alimentant la chaudière de la zone Ouest du

complexe.




11

Un suivi de l’évolution de certains paramètres de qualité de l’eau à différentes étapes des deux

filières de traitement de l’eau de barrage afin d’avoir une idée sur l’efficacité de

l’adoucissement par les deux techniques de traitement des eaux.

Les dépôts calcaire dans la chaudière, empêche le transfert thermique, et l'efficacité

thermique. Dans les cas graves peut mener à la brulure ou à la rupture des tuyaux de la

chaudière (www.lenntech.fr).

Selon les résultats présentées sur la figure 9 il est évident que la dureté totale de l’eau ainsi

que la concentration en ions calcium et magnésium a subit une diminution le long de la filière

de traitement. A signaler également que l’élimination de la dureté est plus poussée par

utilisation de l’osmose inverse (0,03 °F < TH < 0,8 °F) que par utilisation de la résine (2 °F <

TH < 10,2 °F). De ce fait, il semble que l’adoucissement de l’eau par osmose inverse permet

d’aboutir à une eau dont la dureté est conforme aux exigences d’une eau d’alimentation des

chaudières (0,3 °F < TH < 0,5 °F) (Aouaichia, 2018).

Figure 9: Evolution de la dureté totale (TH) de l’eau avant et après chaque étape de traitement (Aouaichia, 2018).

0,5 2

0,8 2,3

0

5

10

15

20

25

Eau brute Après

décantation

Industrielle

après

filtration

Ultra filtrée Eau

osmosée

Eau adoucie

TH

(°F

)

29/01/2018 27/02/2018




12

II.3.3 Adoucisseur d'eau au CO2

C'est un adoucisseur qui permet, par injection de fines bulles de CO2, d' adoucir l'eau que l'on

reçoit chez soi . Il permet ainsi de transformer l'eau courante du robinet ou de la douche en

eau douce beaucoup moins agressive pour la peau et surtout sans calcaire.

Ce type d'adoucisseur consiste donc à injecter une grande quantité du CO2dans l'eau avant son

utilisation dans la maison. Le CO2 stocke dans de grosses bouteilles de 10 kg.

Il est compose en tout de 3 modules indépendantes. Il y a le module hydraulique qui

comprend un compteur hydraulique mais également un manomètre. Il permet de favoriser

l'ajout de CO2 dans l’ installation mais permet aussi de la sécuriser grandement.

Il y a aussi le module qui comprend la bouteille de CO2. Il permet de réguler la pression en

CO2 et permet de doser la quantité de CO2 envoyé dans l' installation à un instant.

Il y a enfin un boitier de contrôle qui gère l'ensemble de l'installation.

Ce type d’adoucisseur possède les avantages suivants:

-Peu de place qu'il prend dans la maison. Même si il y a bien 3 modules bien distincts, il

prenne très peu de place dans la maison.

-Le rendement de cette installation reste trés bon en comparaison avec les autres adoucisseur

d' eau car il ne coute finalement que le rendement de la bouteille de CO2 qui peut traiter jusqu'

' a 150 mètres cube d' eau (www.adoucisseur-eau.org).

II.3.4 Précipitation chimique

II.3.4.1 Utilisation de la soude caustique (NaOH)

Ce traitement permet d'éliminer les deux types de dureté (temporaire et permanente). La

première réaction (réaction de base) consiste en un ajout de soude pour réagir avec les

hydrogénocarbonates de calcium (Ouali, 2001):

Ca(HCO3)2 + 2 NaOH ==> CaCO3 + Na2CO3 + 2 H2O

La précipitation du carbonate de calcium s'accompagne de la formation de carbonate de

sodium qui réagira sur la dureté permanente suivant les réactions du paragraphe précédent:

CaSO4 + Na2CO3 ==> Na2SO4 + CaCO3

CaCl2 + Na2CO3 ==> 2 NaCl + CaCO3



13

II.3.4.1 Utilisation de la chaux

Ce procède permet la réduction de la dureté temporaire en transformant les bicarbonates en

carbonates et la précipitation du calcium sous forme CaCO3 et le magnésium sous forme

d'hydroxyde de magnésium Mg(OH)2 suite à la augmentation du pH comme le montre les

réactions chimiques suivantes :

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 2 CaCO3 + 2 H2O

Ca (OH)2 + Mg(HCO3)2 Mg(OH)2+ Ca CO3 + H2O

La cinétique de cette réaction étant relativement lente, le procède est accélère soit par une

recirculation des boues dans lesquelles se trouve des germes de cristallisation déjà formés.

Pour cela l’appareil de décarbonatation ou d’adoucissement doit une zone où s’effectue le

mélange de cristaux recirculés avec de l’eau à traitée additionnées de chaux (Figure 10) soit

en ajoutant des cristaux sur lesquels le carbonate de calcium s' agglomère.

L'addition de chaux nécessite de prendre plusieurs précautions pour sa mise en œuvre l'eau ne

doit pas contenir de colloïdes en suspension pouvant gêner la cristallisation. Il est donc parfois

nécessaire d’ajouter un coagulant.

L'emploi d'un coagulant (FeCl3) et /ou d'un floculant permet d'améliorer la séparation des

cristaux et de l'eau (Memotec N°6, 2006).

Cette technique présente un inconvénient, à savoir la quantité de boues produit, mais celles-ci

sont facilement déshydratées .

Cependant, il ne faut pas oublier les avantages de ce procède: Facile à mettre en œuvre et ne nécessitant pas l’utilisation d’équipement spécifique.



14

Figure 10: Principe de fonctionnement du système d’adoucissement par précipitation à la

chaux (Memotec N°6, 2006).

II.3.4.1.1 Procédé par addition de chaux seulement

Le procédé par addition de chaux seulement, base sur l'utilisation de la chaux et qui permet de

réduire la concentration d'ions calcium d'une eau, n'exerce aucun influence sur la dureté non

carbonatée et sur la dureté magnésienne. L'équation chimique qui régit la réaction sur laquelle

repose ce procédé est la suivante ( Desjardins, 1997):


Le diagramme qui utilise ce procédé est présent par la figure 11.

Figure 11: Diagramme d'écoulement: procédé par addition de chaux seulement

( Desjardins, 1997).



15

II.3.4.1.2 Procédé par addition d’un excès de chaux

On utilise le procédé par addition d'un excès de chaux pour réduire la dureté des eaux

affectées d'une dureté carbonatée associée à du calcium et à du magnésium (Figure 12).

Lorsqu'on ajoute suffisamment de chaux, le magnésium se combine avec des hydroxydes

pour former un précipité de Mg(OH)2 est d'environ 15 mg/L( CaCO3) lorsque le pH de l'eau

est voisine de 9 l'addition d'un excès de chaux, puisqu'elle élève le pH à 11, permet de réduire

la solubilité du Mg(OH)2 à environ 2,5 mg/L. En pratique, on considère que la concentration

résiduelle de Mg(OH)2 est de 10mg/L. Après la précipitation du Mg(OH)2, on doit procéder à

une carbonatation pour obtenir la précipitation de l'excès de chaux. Les principales chimiques

qui régissent les réactions sur lesquelles repose ce procédé sont les suivant (Desjardins,

1997):



Ca(OH)2 + CO2 CaCO3



16

Figure 12: Diagramme d'écoulement : procède par addition d'un excès de chaux.

( Desjardins, 1997).

II.3.4.2 Utilisation de la soude caustique (NaOH)

Ce traitement permet d'éliminer les deux types de dureté (temporaire et permanente). La

première réaction (réaction de base) consiste en un ajout de soude pour réagir avec les

hydrogénocarbonates de calcium (Ouali, 2001):

Ca(HCO3)2 + 2 NaOH ==> CaCO3 + Na2CO3 + 2 H2O

La précipitation du carbonate de calcium s'accompagne de la formation de carbonate de

sodium qui réagira sur la dureté permanente suivant les réactions du paragraphe précédent:

CaSO4 + Na2CO3 ==> Na2SO4 + CaCO3

CaCl2 + Na2CO3 ==>2NaCl + CaCO3

II.3.4.3 Utilisation du carbonate de sodium

Le carbonate de sodium est utilisé dans l’objectif de réduire la dureté non carbonatée, c' est –

à- dire la précipitation du calcium et du magnésium liées aux Cl- et aux SO4

2-.

Les équations chimiques qui régissent la réaction de se procéder sont les suivantes:

CaCl2 + Na2CO3 CaCO3 + 2NaCl

CaSO4 + Na2CO3 CaCO3 + NaSO4 .

II.4. Conclusion

Un paramètre essentiel de qualité qui provoque l’entartage est la dureté de l’eau qui nécessite

un adoucissement préalable.

Nous avons donné une idée générale sur ce paramètre et fait une synthèse sur les procédés

d’adoucissement des eaux, l’échange ionique par utilisation des résines et un procédé

membranaire étant l’osmose inverse. Procédé de précipitation par utilisation de la chaux de la

soude ou du carbonate de sodium. Il en ressort que chaque procédé à ces avantages et ces

inconvénients. Le choix de la technique d’adoucissement la mieux adaptée à une eau donnée,

se fait sur la base de nombreux critères, à savoir: la nature et composition de la dureté, le coût

des réactifs et les conditions d’exploitation.



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